ES2371905T3

ES2371905T3 - DEVICE FOR REGULATING THE MECHANIZATION OF A WORK PIECE WITH STARTING OF CHIPS WITH THE USE OF PIEZOCERAMIC CONVERTERS.

Info

Publication number: ES2371905T3
Application number: ES07726303T
Authority: ES
Inventors: Konrad Tzschentke; Hans-Jürgen SCHREINER; Kurt Handschuh; Raouf Ben Amor; Michael Fripan
Original assignee: Ceramtec GmbH
Current assignee: Ceramtec GmbH
Priority date: 2006-02-03
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2027-02-02

Abstract

Herramienta de corte (3; 40) de mecanización por arranque de virutas, que está constituida por un soporte (6; 46), que lleva al menos un elemento de corte (7', 47), de manera que la herramienta de corte está alojada en un porta-herramientas (9) o bien en un cojinete de una máquina herramientas y la máquina herramienta está equipada con una instalación para la regulación (25) de la mecanización por arranque de virutas de piezas de trabajo, de manera que están previstos varios convertidores piezocerámicos como sensores (22; 48) y estos convertidores están dispuestos en al menos un lugar en la herramienta de corte (3; 40) o bien en su alojamiento para la impulsión a través de al menos uno de los componentes (-Fe, -Ff, -Fr) de la fuerza de mecanización por arranque de virutas (-F), que actúa sobre la herramienta de corte (3; 40), y los convertidores (22, 30; 48, 49) están conectados con la instalación de regulación (25) de la máquina herramienta, caracterizada porque están previstos varios convertidores piezocerámicos (30, 49) como generadores de tensión para la alimentación de tensión de circuitos electrónicos y los convertidores piezocerámicos (22, 30; 48, 49) están dispuestos tanto entre el elemento de corte (7; 47) y el soporte (6; 46) como también entre el soporte (6) y la herramienta de corte (3) y el porta-herramientas (9) y se apoyan en escotaduras (20) y (21), respectivamente y los sensores (22; 48) y los generadores de tensión (30; 49) están colocados superpuestos, separados unos de los otros, dado el caso, por una placa de apoyo aislante (29).Cutting tool (3; 40) for machining by chip removal, which is constituted by a support (6; 46), which carries at least one cutting element (7 ', 47), so that the cutting tool is housed in a tool holder (9) or in a bearing of a machine tool and the machine tool is equipped with an installation for the regulation (25) of the mechanization by start of shavings of work pieces, so that they are provided several piezoceramic converters such as sensors (22; 48) and these converters are arranged in at least one place in the cutting tool (3; 40) or in their housing for the drive through at least one of the components (-Fe , -Ff, -Fr) of the machining force by chip removal (-F), which acts on the cutting tool (3; 40), and the converters (22, 30; 48, 49) are connected to the installation of regulation (25) of the machine tool, characterized in that it is several piezoceramic converters (30, 49) are provided as voltage generators for the power supply of electronic circuits and piezoceramic converters (22, 30; 48, 49) are arranged both between the cutting element (7; 47) and the support (6; 46) and also between the support (6) and the cutting tool (3) and the tool holder (9) and they are supported by recesses (20) and (21), respectively and the sensors (22; 48) and the voltage generators (30; 49) are placed superimposed, separated from each other, if necessary, by a support plate insulator (29).

Description

Dispositivo para regular la mecanización de una pieza de trabajo con arranque de virutas con empleo de convertidores piezocerámicos Device to regulate the mechanization of a workpiece with chip removal using piezoceramic converters

La invención se refiere al empleo de convertidores piezocerámicos para la regulación de la mecanización de una pieza de trabajo por arranque de virutas. The invention relates to the use of piezoceramic converters for the regulation of the mechanization of a workpiece by chip removal.

Las herramientas de corte por arranque de virutas, como cuchillas de torno o cuchillas de cepillo, están constituidas, en general, por un soporte o mango, sobre el que está fijado el elemento de corte en forma de una placa de corte. En las herramientas para el fresado, el soporte, la cabeza de la fresa, es redondo debido a la rotación de las herramientas y está equipado sobre la periferia con una pluralidad de elementos de corte. Durante la mecanización por arranque de virutas de las piezas de trabajo, sobre las herramientas de corte actúan, además de las cargas estáticas, especialmente cargas dinámicas. De esta manera, en el transcurso del tiempo, el material se desintegra en los cantos de corte de los elementos de corte en zonas microscópicamente pequeñas. Si estas zonas se suman para formar zonas macroscópicamente grandes, esto conduce a la rotura en los cantos de corte e incluso a la destrucción del elemento de corte con la consecuencia posible de un daño de la pieza de trabajo y, por lo tanto, de su inutilidad. Chip cutting tools, such as lathe blades or brush blades, are generally made up of a support or handle, on which the cutting element is fixed in the form of a cutting plate. In the tools for milling, the support, the head of the milling cutter, is round due to the rotation of the tools and is equipped on the periphery with a plurality of cutting elements. During the mechanization by start of shavings of the pieces of work, on the tools of cut act, in addition to the static loads, especially dynamic loads. In this way, in the course of time, the material disintegrates in the cutting edges of the cutting elements in microscopically small areas. If these zones add up to form macroscopically large areas, this leads to breakage in the cutting edges and even to the destruction of the cutting element with the possible consequence of damage to the workpiece and, therefore, its futility.

La fuerza de arranque de virutas, que actúa sobre el proceso de arranque de virutas entre la pieza de trabajo y la herramienta de corte, se puede dividir en fuerzas en el plano de trabajo y fuerzas perpendicularmente al plano de trabajo. En ambos planos actúan fuerzas de presión sobre el canto de corte del elemento de corte, que se transmiten como fuerzas de presión sobre el soporte. Especialmente en el caso de cuchillas de torno y de cuchillas de cepillo se producen de esta manera fuerzas de flexión y fuerza de torsión en el soporte de los elementos de corte que, en el caso de que se exceda una altura determinad, conducen a una desviación del elemento de corte fuera de su posición de trabajo ideal. Esto puede conducir a interferencias en el ciclo de trabajo, que se reflejan en desgaste elevado del elemento de corte y en la marcha irregular del husillo giratorio o del carro del cepillo. También en las máquinas fresadoras se producen estos fenómenos en el caso de fuerzas de flexión sobre el árbol de accionamiento de la cabeza de la fresa. En el caso más desfavorable, se producen aceleraciones vibratorias, que conducen a una superficie ondulada irregular de la pieza de trabajo y que cargan fuertemente una máquina herramienta, en particular cuando se produce resonancia. The chip removal force, which acts on the chip removal process between the workpiece and the cutting tool, can be divided into forces in the work plane and forces perpendicular to the work plane. In both planes, pressure forces act on the cutting edge of the cutting element, which are transmitted as pressure forces on the support. Especially in the case of lathe blades and brush blades, bending forces and torsional forces are produced in this way in the support of the cutting elements which, in the event that a certain height is exceeded, lead to a deviation of the cutting element outside its ideal working position. This can lead to interference in the duty cycle, which is reflected in high wear of the cutting element and in the irregular running of the rotating spindle or brush carriage. These phenomena also occur in milling machines in the case of bending forces on the drive shaft of the milling head. In the most unfavorable case, vibratory accelerations occur, which lead to an irregular wavy surface of the workpiece and which strongly load a machine tool, particularly when resonance occurs.

La fuerza de arranque de virutas provoca también una carga compleja y, por lo tanto, una deformación de la máquina herramienta y de la pieza de trabajo, lo que conduce, en el caso de que se excedan valores límite a desgaste elevado del elemento de corte y en el caso más desfavorable a su destrucción. Además, a través de la sobrecarga pueden aparecer dañasen la máquina herramienta y errores de mecanización en la pieza de trabajo. The chip removal force also causes a complex load and, therefore, a deformation of the machine tool and the workpiece, which leads, in the event that limit values are exceeded at high wear of the cutting element and in the most unfavorable case to its destruction. In addition, damage to the machine tool and machining errors in the workpiece may appear through overload.

Por lo tanto, para que se consigan resultados óptimos de trabajo es necesario adaptar especialmente los parámetros de la velocidad de corte, avance y ajuste en función del material del elemento de corte de una manera óptima al material que debe procesarse. Por lo tato, para que no se excedan los valores límite de las cargas posibles es ventajoso que se midan y se supervisen las fuerzas producidas. Therefore, for optimum working results to be achieved, it is necessary to adapt especially the parameters of the cutting speed, feed and adjustment depending on the material of the cutting element in an optimal way to the material to be processed. Therefore, so that the limit values of the possible loads are not exceeded, it is advantageous that the forces produced are measured and monitored.

Se conoce a partir del documento DE 103 12 025 A1 un procedimiento para la compensación de errores de la regulación de la posición de una máquina, en particular de una máquina herramienta. Por medio de bandas extensométricas en diferentes lugares de la máquina se miden los estado de la tensión y se calculan las fuerzas de inercia que resultan a partir de las fuerzas de mecanización o las fuerzas de inercia que resultan a partir de los movimiento y las deformaciones que resultan a partir de las fuerzas de peso del carro transversal y/o de la herramienta y se compensen durante la regulación de la posición. Pero las bandas extensométricas no son adecuadas para la medición en piezas giratorias como por ejemplo cabezas de fresas. Además, las bandas extensométricas no son adecuadas, debido a su inercia, para la medición de deformaciones en virtud de oscilaciones de alta frecuencia como se producen durante la mecanización por arranque de virutas. From DE 103 12 025 A1, a procedure for compensation of errors in the regulation of the position of a machine, in particular of a machine tool, is known. By means of strain gauges in different places of the machine the state of the tension is measured and the forces of inertia resulting from the mechanization forces or the forces of inertia resulting from the movements and deformations that are calculated are calculated they result from the weight forces of the transverse carriage and / or of the tool and are compensated during position adjustment. But the strain gauges are not suitable for measurement on rotating parts such as strawberry heads. In addition, strain gauges are not suitable, due to their inertia, for the measurement of deformations by virtue of high frequency oscillations as they occur during machining by chip startup.

En la solicitud de patente US 2005/0109174 A1 se describen un procedimiento y un dispositivo para el control de la oscilación en una maquina herramienta para la mecanización de una pieza de trabajo por arranque de virutas. En un porta-herramientas de la máquina herramienta, que lleva al menos una herramienta de corte de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, están dispuestos al menos un sensor de oscilación y un actuador con un elemento activo, respectivamente, en forma de un piezoelemento. Las señales del sensor de oscilación se utilizan para impulsar el elemento activo del actuador con una tensión alterna tal como tensión de control que a través de las modificaciones de sus dimensiones se generan oscilaciones de control, que se oponen a las oscilaciones generadas por la mecanización de la pieza de trabajo. Aquí la señal de un sensor de oscilación actúa directamente sobre otro piezoelemento, que actúa sobre el porta-herramientas para eliminar las oscilaciones perturbadoras. In the patent application US 2005/0109174 A1 a procedure and a device for the control of the oscillation in a machine tool for the mechanization of a workpiece by chip removal are described. In a tool holder of the machine tool, which carries at least one cutting tool according to the preamble of claim 1, at least one oscillation sensor and an actuator with an active element, respectively, are arranged in the form of a piezoelement. The oscillation sensor signals are used to drive the active element of the actuator with an alternating voltage such as control voltage that through control of its dimensions control oscillations are generated, which oppose the oscillations generated by the mechanization of The work piece. Here the signal from an oscillation sensor acts directly on another piezoelement, which acts on the tool holder to eliminate disturbing oscillations.

Se conoce a partir de la publicación PCT WO 2005/063437 A1 un porta-herramientas con cuerpos de actuadores electroestrictivos para ejercer una influencia sobre el comportamiento de marcha concéntrica del porta-herramientas. El porta-herramientas es deformable de manera selectiva a través de cuerpos de actuadores, de tal manera que la masa del porta-herramientas, incluida la herramienta empotrada, está distribuida en un estado de deformación de los cuerpos de actuadores a ser posible de manera simétrica alrededor del eje de giro ideal. A tal fin, se impulsan los cuerpos de actuadores a través de una señal del sensor de piezoelemento con un potencial eléctrico correspondiente. From PCT publication WO 2005/063437 A1 a tool holder with electro-stringent actuator bodies is known to exert an influence on the concentric running behavior of the tool holder. The toolholder is selectively deformable through actuator bodies, such that the mass of the toolholder, including the recessed tool, is distributed in a state of deformation of the actuator bodies if possible symmetrically around the ideal axis of rotation. To this end, the actuator bodies are driven through a piezoelement sensor signal with a corresponding electrical potential.

El problema de la invención consiste en configurar las herramientas de corte de máquinas herramientas para la mecanización por arranque de virutas de piezas de trabajo de tal manera que se pueden calcular las fuerzas que aparecen durante la mecanización de una pieza de trabajo y se pueden comparar con valores límite, de manera que se puede optimizar el proceso de mecanización y en el caso de que se excedan valores límite, se puede intervenir de forma automática en el ciclo de trabajo a través de una instalación de regulación para la prevención de daños. The problem of the invention consists in configuring the cutting tools of machine tools for the machining by starting of workpiece chips in such a way that the forces that appear during the machining of a workpiece can be calculated and can be compared with limit values, so that the machining process can be optimized and in the event that limit values are exceeded, it can be automatically intervened in the work cycle through a regulation facility for damage prevention.

La solución del problema se consigue de acuerdo con la invención con la ayuda de las características de la primera reivindicación. Las configuraciones ventajosas de la invención se reivindican en las reivindicaciones dependientes. The solution of the problem is achieved according to the invention with the help of the characteristics of the first claim. Advantageous configurations of the invention are claimed in the dependent claims.

Las herramientas de corte por arranque de virutas están equipadas de acuerdo con la invención con convertidores piezocerámicos en forma de sensores y/o de puros generadores de tensión. La estructura y el modo de actuación de estos convertidores se conocen a partir del estado de la técnica y, por lo tanto, no se explican aquí en detalle. De acuerdo con la invención, la disposición de los convertidores piezocerámicos se realiza de tal forma que la función que debe realizarse en cada caso por ellos se cumple de una manera óptima. Los sensores y los generadores de tensión pueden estar colocados en contacto directo con el elemento de corte en el soporte o bien en la cabeza de fresa. En el caso de cuchillas de torno y de cuchillas de cepillo, los sensores y los generadores de tensión se pueden disponer también allí donde el soporte respectivo está fijado en la máquina herramienta, entre el porta-herramientas y la herramienta de corte. En el caso de máquinas fresadoras se pueden disponer los convertidores también allí donde el árbol de la fresa está alojado. De la misma manera es posible una combinación de las dos disposiciones. Chip cutting tools are equipped according to the invention with piezoceramic converters in the form of sensors and / or pure voltage generators. The structure and mode of operation of these converters are known from the prior art and, therefore, are not explained here in detail. According to the invention, the arrangement of the piezoceramic converters is carried out in such a way that the function that must be performed in each case by them is fulfilled in an optimal manner. The sensors and voltage generators can be placed in direct contact with the cutting element in the support or in the milling head. In the case of lathe blades and brush blades, the sensors and voltage generators can also be arranged where the respective support is fixed in the machine tool, between the tool holder and the cutting tool. In the case of milling machines, converters can also be arranged where the strawberry tree is housed. In the same way a combination of the two provisions is possible.

Debido a la fijación del elemento de corte y del empotramiento del soporte de la herramienta de corte en el portaherramientas, los convertidores piezocerámicos están ya bajo una presión determinada. Para obtener señales reproducibles de los convertidores, es necesario verificar después de cada cambio de un elemento de corte o de un soporte la carga previa de los convertidores y ajustar de manera correspondiente los aparatos de medición. Due to the fixation of the cutting element and the recessing of the support of the cutting tool in the tool holder, the piezoceramic converters are already under a certain pressure. In order to obtain reproducible signals from the converters, it is necessary to verify the preload of the converters after each change of a cutting element or of a support and adjust the measuring devices accordingly.

Con sensores piezocerámicos se establecen las fuerzas de presión, de tracción y de cizallamiento ejercidas sobre el elemento de corte o bien sobre su soporte. Con la ayuda de la piezotensión generada se puede determinar la altura de la carga respectiva. Los generadores de tensión se deforman en virtud de las fuerzas que actúan sobre ellos y deesta manera generan una tensión eléctrica. Ésta se puede utilizar para la alimentación de circuitos electrónicos, que sirven, por ejemplo, en el caso de fresado para la transmisión sin contacto de señales entre la herramienta de corte y la máquina herramienta. The pressure, traction and shear forces exerted on the cutting element or on its support are established with piezoceramic sensors. With the help of the generated piezotension, the height of the respective load can be determined. The voltage generators deform by virtue of the forces acting on them and thus generate an electrical voltage. This can be used to feed electronic circuits, which are used, for example, in the case of milling for the non-contact transmission of signals between the cutting tool and the machine tool.

Para poder calcular las cargas de la herramienta de corte y de la máquina herramienta, se desintegra la fuerza de mecanización por arranque de virutas en sus componentes. A tal fin, se coloca un sistema espacial de coordenadas con su punto cero en el punto de contacto del canto de corte del elemento de corte con la pieza de trabajo, de manera que los ejes se encuentran en el plano de trabajo y en el plano perpendicular al mismo. La fuerza de mecanización por arranque de virutas se desintegra en componentes, que se encuentran en los dos planos, como se deduce a partir de las figuras 1 y 2. Las fuerzas se representan allí de la manera como actúan sobre el elemento de corte o bien el soporte. La fuerza de mecanización por arranque de virutas F actúa sobre las cuchillas de torno o bien la fresa en dirección-F. La fuerza pasiva –FP que actúa en la dirección del soporte solicita el elemento de corte y con ello el soporte y el porta-herramientas a presión. La fuerza activa –Fg se puede desintegrar en la fuerza de avance –Ff y la fuerza de corte –Fo. La fuerza de avance –Ff que se extiende en la dirección longitudinal de la pieza de trabajo así como la fuerza de corte –Fo que se extiende perpendicularmente a ella ejercen en cada caso una fuerza de flexión sobre el soporte, de manera que la suma de estas fuerzas en el torno conduce a una torsión del soporte y en una máquina fresadora a la flexión del árbol de accionamiento de la fresa. Por lo tanto, para la detección de los componentes de fuerza son necesarios al menos tres convertidores en forma de sensores. Los sensores deben disponerse para la detección de las fuerzas en un torno debajo del elemento de corte o bien debajo del soporte y, vistos en la dirección de avance vf, delante del elemento de corte o bien delante del soporte en el porta-herramientas y, vistos en dirección a la pieza de trabajo, delante del elemento de corte o soporte. En el caso de una máquina fresadora, la disposición se realiza delante y detrás de los elementos de corte en la cabeza de fresa y en los cojinetes del árbol de accionamiento de la cabeza de fresa para la detección de las fuerzas de flexión sobre el árbol. In order to calculate the loads of the cutting tool and the machine tool, the machining force is broken by chip removal in its components. To this end, a spatial coordinate system with its zero point is placed at the point of contact of the cutting edge of the cutting element with the workpiece, so that the axes are in the work plane and in the plane perpendicular to it. The machining force by chip removal disintegrates into components, which are found in the two planes, as can be deduced from figures 1 and 2. The forces are represented there in the way they act on the cutting element or the support. The machining force by chip removal F acts on the lathe blades or the milling cutter in the F-direction. The passive force –FP acting in the direction of the support requests the cutting element and with it the support and the tool holder under pressure. The active force –Fg can disintegrate into the advancing force –Ff and the cutting force –Fo. The advancing force –Ff that extends in the longitudinal direction of the workpiece as well as the cutting force –Fo that extends perpendicularly to it exerts in each case a bending force on the support, so that the sum of These forces on the lathe lead to a torsion of the support and in a milling machine to the flexure of the drive shaft of the milling cutter. Therefore, at least three converters in the form of sensors are necessary for the detection of force components. The sensors must be arranged for the detection of the forces on a lathe below the cutting element or under the support and, seen in the direction of advance vf, in front of the cutting element or in front of the support in the tool holder and, seen in the direction of the workpiece, in front of the cutting or support element. In the case of a milling machine, the arrangement is made in front of and behind the cutting elements in the milling head and in the bearings of the driving shaft of the milling head for the detection of the bending forces on the shaft.

Los convertidores empelados para la detección de las fuerzas que se producen durante la mecanización de piezas de trabajo por arranque de virutas genera, en virtud del cambio constante de la magnitud de las fuerzas que actúan sobre ellas una tensión que se compara en la máquina herramienta en la unidad de evaluación de un ordenador continuamente con valores límite predeterminados. Con un comportamiento de desgaste conocido de los elementos de corte, a través del ajuste de los parámetros tales como número de revoluciones de la pieza de trabajo o bien de la herramienta de corte, velocidad de avance y aproximación, es decir, profundidad del corte de las virutas, las fuerzas que actúan sobre el elemento de corte se pueden limitar a valores que posibilitan un comportamiento de desgaste óptimo. Si se producen desviaciones inadmisibles, se puede subsanar la interferencia a través de una intervención en el ciclo de trabajo. En el caso de torneado, se pueden modificar el número de revoluciones de la pieza de trabajo, el avance y la aproximación de la herramienta de corte y en el caso de cepillado se pueden modificar el avance y la aproximación. Durante el fresado se modifican, en general, el número de revoluciones de la cabeza de la fresa y/o, según el tipo de construcción, el avance de la pieza de trabajo o el avance de la cabeza de la fresa. La aparición de fenómenos de vibraciones, que se ponen de manifiesto en una modificación periódica el número de revoluciones de la pieza de trabajo o bien de la cabeza de la fresa y de una oscilación periódica del soporte o incluso de la pieza de trabajo, se impide a través de la modificación del número de revoluciones y/o del avance. Estas medidas contribuyen de manera ventajosa a una prolongación considerable de la duración de vida útil de la herramienta de corte y, por lo tanto, de su tiempo de actividad y a una calidad mejorada de la superficie mecanizada. Converters used to detect the forces that occur during the machining of workpieces by chip removal generate, by virtue of the constant change in the magnitude of the forces acting on them, a tension that is compared in the machine tool in the evaluation unit of a computer continuously with predetermined limit values. With a known wear behavior of the cutting elements, through the adjustment of the parameters such as number of revolutions of the workpiece or of the cutting tool, feed rate and approach, that is, depth of cut of chips, the forces acting on the cutting element can be limited to values that allow optimum wear behavior. If inadmissible deviations occur, interference can be remedied through an intervention in the work cycle. In the case of turning, the number of revolutions of the workpiece, the advance and the approximation of the cutting tool can be modified and in the case of brushing the advance and the approximation can be modified. During milling, in general, the number of revolutions of the head of the milling cutter and / or, depending on the type of construction, the advance of the workpiece or the advancement of the milling head is modified. The occurrence of vibration phenomena, which are revealed in a periodic modification the number of revolutions of the workpiece or of the head of the milling cutter and of a periodic oscillation of the support or even of the workpiece, is prevented through the modification of the number of revolutions and / or the advance. These measures advantageously contribute to a considerable prolongation of the useful life of the cutting tool and, therefore, of its uptime and an improved quality of the machined surface.

La invención posibilita, además, supervisar el desgaste de los elementos de corte. A medida que se incrementa el desgaste se modifica continuamente la fuerza de mecanización por arranque de virutas manteniendo constante el avance y el número de revoluciones de la pieza de trabajo. Cuando se alcanza un valor límite característico para el elemento de corte, previamente calculado, se puede partir de que la parte útil del elemento de corte se ha consumido y debe realizarse un cambio. Por lo tanto, la invención posibilita de manera ventajosa un aprovechamiento mejor posible de los elementos de corte. En virtud del tiempo de actividad previamente calculable de los elementos de corte es posible prever un cambio oportuno, que se puede integrar de una manera óptima en el ciclo del proceso, por ejemplo en el instante de un cambio de la pieza de trabajo. The invention also makes it possible to monitor the wear of the cutting elements. As the wear increases, the machining force is continuously modified by chip removal, maintaining the progress and the number of revolutions of the workpiece constant. When a characteristic limit value for the previously calculated cutting element is reached, it can be assumed that the useful part of the cutting element has been consumed and a change must be made. Therefore, the invention advantageously enables a better possible use of the cutting elements. Due to the previously calculable activity time of the cutting elements it is possible to provide for a timely change, which can be optimally integrated into the process cycle, for example at the time of a change of the workpiece.

Si se produce un daño del canto de corte o incluso una rotura del elemento de corte, esto se manifiesta en una modificación brusca de la fuerza de mecanización por arranque de virutas. Una señal de este tipo se puede utilizar para la desconexión inmediata de la máquina herramienta, para evitar un daño de la pieza de trabajo. If damage to the cutting edge occurs or even a breakage of the cutting element, this is manifested in a sharp modification of the machining force by chip removal. A signal of this type can be used for immediate disconnection of the machine tool, to prevent damage to the workpiece.

En particular en una máquina fresadora, donde es difícil una transmisión de señales desde la cabeza de la fresa giratoria hacia el circuito de regulación de la máquina herramienta y a la inversa, es ventajosa una transmisión sin hilos de las señales. La alimentación de la tensión del emisor y, dado el caso, del receptor en la cabeza de la fresa se puede generar a través de piezoelementos, que se disponen adicionalmente a los sensores presentes en el mismo lugar adyacentes o debajo de los mismos. In particular, in a milling machine, where signal transmission from the rotating milling head to the machine tool regulation circuit is difficult and conversely, a wireless transmission of the signals is advantageous. The supply of the voltage of the emitter and, if necessary, of the receiver in the head of the milling cutter can be generated through piezoelements, which are additionally arranged to the sensors present in the same adjacent place or below them.

A través de la supervisión de los datos de estado de los elementos de corte y de las fuerzas que actúan sobre los elementos de corte y sus soportes y, por lo tanto, sobre la máquina herramienta, es posible impedir sobrecargas y oscilaciones producidas, en particular fenómenos de vibraciones. Esto conduce a ciclos de mecanización más estables, que posibilitan de nuevo calidades mejoradas de la pieza de trabajo y tiempos de actividad más largos de los elementos de corte. By monitoring the status data of the cutting elements and the forces acting on the cutting elements and their supports and, therefore, on the machine tool, it is possible to prevent overloads and oscillations produced, in particular vibration phenomena This leads to more stable machining cycles, which again enable improved qualities of the workpiece and longer activity times of the cutting elements.

Con la ayuda de ejemplos de realización se explica en detalle la invención. En este caso: The invention is explained in detail with the help of embodiments. In this case:

La figura 1 muestra en un esbozo de principio la curva de los vectores de fuerza y de los vectores de velocidad que se producen durante el torneado Figure 1 shows in a sketch of principle the curve of force vectors and velocity vectors that occur during turning

La figura 2 mucha la curva de dichos vectores que se producen durante el fresado en marcha contraria. Figure 2 shows the curve of these vectors that are produced during reverse milling.

La figura 3 muestra la disposición de convertidores en el elemento de corte y en la zona del empotramiento del soporte en la vista lateral, y Figure 3 shows the arrangement of converters in the cutting element and in the recessed area of the support in the side view, and

La figura 4 la muestra en vista en planta superior, y Figure 4 shows it in top plan view, and

La figura 5 muestra la disposición de convertidores y un elemento de transmisión de señales en una fresa frontal. Figure 5 shows the arrangement of converters and a signal transmission element in a front mill.

En la figura 1 se representa la curva de las fuerzas y de las velocidades, como se producen durante un torneado de piezas largas. En una pieza de trabajo 1, que se gira en la dirección de la flecha 2, se conduce una herramienta de corte 3 en la dirección de la flecha 4 para el cepillado por arranque de virutas. En la esquina de corte del elemento de corte se encuentra el punto cero 5 de un sistema espacial de coordenadas. En el plano del sistema, en el que se encuentra la pieza de trabajo 1 se encuentra la dirección de avance y en el plano perpendicularmente al mismo se leva a cabo la aproximación de la herramienta de corte 3. Los movimientos durante el proceso de mecanización por arranque de virutas, durante el torneado, cepillado y fresado, son movimientos relativos entre el corte del elemento de corte y la pieza de trabajo. Son generados por la máquina herramienta en el lugar de actuación, aquí en el punto 5, y están relacionados sobre la pieza de trabajo en reposo. El corte principal se mueva con la velocidad de actuación ve a lo largo de la pieza de trabajo 1, de manera que la fuerza de mecanización por arranque de virutas –F actúa obre el elemento de corte y, por lo tanto, sobre el soporte y en último término sobre la máquina herramienta. Figure 1 shows the curve of forces and speeds, as they occur during a turning of long pieces. In a workpiece 1, which is turned in the direction of the arrow 2, a cutting tool 3 is driven in the direction of the arrow 4 for brushing by chip removal. In the cutting corner of the cutting element is the zero point 5 of a spatial coordinate system. In the plane of the system, in which the workpiece 1 is located, the direction of advancement is found and in the plane perpendicular to it the approach of the cutting tool 3 is carried out. The movements during the machining process by Chip removal, during turning, brushing and milling, are relative movements between the cutting of the cutting element and the workpiece. They are generated by the machine tool at the place of action, here at point 5, and are related to the work piece at rest. The main cut moves with the speed of action seen along the workpiece 1, so that the machining force by chip removal -F acts on the cutting element and, therefore, on the support and Ultimately on the machine tool.

Como ya se ha descrito, la fuerza de mecanización por arranque de virutas –F se puede descomponer en fuerzas en el plano de trabajo y fuerzas perpendicularmente al plano de trabajo. En el plano de trabajo, se encuentra la fuerza activa –Fa, que es decisiva para el cálculo de la potencia de mecanización por arranque de virutas, y perpendicularmente al plano de trabajo se encuentra la fuerza pasiva –FP que no proporciona ninguna contribución a la potencia de mecanización por arranque de virutas, pero carga al elemento de corte, por lo tanto a la herramienta de corte 3 y en último término a la máquina herramienta a presión. La fuerza activa –Fa se puede decomponer de acuerdo con la dicción de avance y la dirección de corte en el plano de trabajo en los componentes fuerza de corte – Fc que y fuerza de avance –Ff, que actúan como fuerzas de flexión o bien fuerzas de torsión sobre la herramienta de corte 3. As already described, the machining force by chip removal -F can be decomposed into forces in the work plane and forces perpendicular to the work plane. In the work plane, there is the active force –Fa, which is decisive for the calculation of the machining power by chip removal, and perpendicular to the work plane is the passive force –FP that does not provide any contribution to the machining power by chip removal, but loads the cutting element, therefore the cutting tool 3 and ultimately the pressurized machine tool. The active force –Fa can be decomposed according to the diction of advance and the direction of cut in the work plane in the components shear force –Fc which and advance force –Ff, which act as bending forces or forces of torque on the cutting tool 3.

En el proceso de descomposición del fresado de marcha contraria representado en la figura 2 se producen las mismas fuerzas que durante el tornado de piezas largas representado en la figura 1 así como durante el cepillado. Sin embargo, la diferencia consiste en que un elemento de corte de una fresa se encuentra sobre la mitad de la periferia de la fresa en engrane con la pieza de trabajo y en que el sistema de coordenadas mostrado aquí reproduce la distribución de las fuerzas solamente en un punto del engrane. En el caso del frenado de marcha contraria, la pieza de trabajo 11 se mueve en la dirección de la flecha 12 debajo de la herramienta de corte fija estacionaria, una fresa de rodillos giratoria en la dirección de la flecha 14. En uno de los puntos de engrane del canto de corte del elemento de corte se encuentra el punto medio 15 del sistema de coordenadas para la descomposición de la fuerza de mecanización por arranque de virutas –F en este punto. In the process of decomposition of the milling of opposite gear represented in figure 2 the same forces are produced as during the turning of long pieces represented in figure 1 as well as during brushing. However, the difference is that a cutting element of a milling cutter is located in the middle of the periphery of the milling cutter with the workpiece and in that the coordinate system shown here reproduces the distribution of the forces only in a point of the gear. In the case of reverse gear braking, the workpiece 11 moves in the direction of the arrow 12 under the stationary fixed cutting tool, a rotating roller mill in the direction of the arrow 14. At one of the points The midpoint 15 of the coordinate system for the breakdown of the machining force by chip removal -F at this point is found to engage the cutting edge of the cutting element.

Las tensiones generadas durante el proceso de mecanización por arranque de virutas en los sensores son una medida de las cargas respectivas de los elementos de corte y de la máquina herramienta. En el caso de que se excedan valores límite previamente establecidos, se interviene en el circuito de regulación de la máquina herramienta, modificando, por ejemplo, el avance y/o los números de revoluciones. The tensions generated during the process of mechanization by start of shavings in the sensors are a measure of the respective loads of the elements of cutting and of the machine tool. In the event that previously established limit values are exceeded, the control circuit of the machine tool is intervened, modifying, for example, the feedrate and / or the speed.

En las figuras 3 y 4 se representa una herramienta de corte 3, una cuchilla de torno, con el equipamiento de acuerdo con la invención con convertidores piezocerámicos. La representación es esquemática. La figura 3 muestra la vista en planta superior sobre la herramienta de corte. Sobre el soporte 6 está fijado un elemento de corte 7 en forma de una placa de corte de una manera no representada aquí en detalle de forma conocida en una escotadura 8 del soporte 6. El soporte 6 está fijado de nuevo en un porta-herramientas 9 en una escotadura 10. La fijación se realiza de tal manera que es posible un movimiento controlado frente al porta-herramientas 9. A cutting tool 3, a lathe blade, is shown in Figures 3 and 4, with the equipment according to the invention with piezoceramic converters. The representation is schematic. Figure 3 shows the top plan view of the cutting tool. On the support 6 a cutting element 7 is fixed in the form of a cutting plate in a manner not shown here in detail in a known way in a recess 8 of the support 6. The support 6 is again fixed in a tool holder 9 in a recess 10. The fixing is carried out in such a way that a controlled movement in front of the tool holder 9 is possible.

En el presente ejemplo de realización, tanto entre el elemento de corte 7 y el soporte 6 así como entre el soporte 6 y el porta-herramientas 9 están dispuestos unos convertidores, que se apoyan en escotaduras 20 y 21, respectivamente. Adicionalmente a la determinación de la actuación de la fuerza sobre el elemento de corte se pueden determinar también las actuaciones de la fuerza sobre la máquina herramienta. Debido al espacio reducido, que está disponible para el montaje de los convertidores, es ventajoso disponer los convertidores superpuestos. In the present embodiment, both converters 7, which are supported by recesses 20 and 21, respectively, are arranged between the cutting element 7 and the support 6 as well as between the support 6 and the tool holder 9. In addition to determining the performance of the force on the cutting element, the actions of the force on the machine tool can also be determined. Due to the reduced space, which is available for mounting the converters, it is advantageous to arrange the overlapping converters.

En el elemento de corte 7 así como en el soporte 6 se encuentran en primer lugar sensores 22, que están destinados para la determinación de la actuación de la fuerza sobre el elemento de corte 7 o bien sobre el portaherramientas 9 y, por lo tanto, sobre la máquina herramienta. Puesto que los sensores sirven para la generación de señales, se pueden emplear piezoelementos de una capa, para mantener lo más reducidas posible las modificaciones de construcción. Las tensiones generadas en estos sensores a través de la actuación de la fuerza son conducidas como señales 23 en primer lugar a un circuito receptor de señales y a un circuito de disparo 24. Allí las señales son verificadas como excesos de los valores límite y en el caso de que se exceda o no se alcance una fuerza previamente establecida en el elemento de corte 7 o en el soporte 6 en el porta-herramientas 9 se transmiteuna señal a la instalación de regulación 25 de la máquina herramienta. Ésta puede intervenir en el ciclo de funcionamiento de la máquina herramienta y su accionamiento 26, es decir, que se puede modificar el número de revoluciones, el avance 27 y/o la aproximación 28. Un diagrama de bloques ilustra el procesamiento de señales. In the cutting element 7 as well as in the support 6 there are firstly sensors 22, which are intended for determining the performance of the force on the cutting element 7 or on the tool holder 9 and, therefore, About the machine tool. Since the sensors are used for signal generation, piezoelements of a layer can be used, to keep construction modifications as small as possible. The voltages generated in these sensors through the actuation of the force are conducted as signals 23 in the first place to a signal receiving circuit and a trip circuit 24. There the signals are verified as excesses of the limit values and in the case If a force previously established in the cutting element 7 or in the support 6 in the tool holder 9 is exceeded or not achieved, a signal is transmitted to the regulation installation 25 of the machine tool. This can intervene in the operating cycle of the machine tool and its drive 26, that is to say that the number of revolutions, the feed 27 and / or the approach 28 can be modified. A block diagram illustrates the signal processing.

Entre los sensores 22 y el soporte 6 se pueden disponer, separados unos de los otros por una placa de apoyo aislante 29, convertidores en forma de generadores de tensión 30. En oposición a los sensores, aquí son ventajosos elementos de muchas capas. La tensión 31 generada en ellos a través de la actuación de la fuerza alterna es conducida hacia una unidad de rectificación 32 y se puede utilizar para la alimentación de circuitos electrónicos, por ejemplo en el circuito de recepción de señales y en el circuito de disparo 24. Converters in the form of voltage generators 30 can be arranged between the sensors 22 and the support 6 separated from each other by an insulating support plate 29. In contrast to the sensors, elements of many layers are advantageous here. The voltage 31 generated in them through the actuation of the alternating force is conducted towards a rectification unit 32 and can be used for the supply of electronic circuits, for example in the signal reception circuit and in the trip circuit 24 .

En la figura 4 se representa la vista lateral de la cuchilla de torno de la figura 3. Por lo tanto, los elementos funcionales del mismo tiempo están designados con los mismos números de referencia que en la figura 3. Los elementos de fijación del elemento de corte así como de la cuchilla de torno se han omitido para mayor claridad. El soporte 6 está cortado en la zona del elemento de corte 7 y del empotramiento en el porta-herramientas 9 para mostrar la disposición posible de los convertidores debajo del elemento de corte y debajo del soporte en el portaherramientas. En la zona del elemento de corte, se representan los convertidores así como las placas de apoyo. A través de la disposición de los convertidores debajo del elemento de corte y del soporte es posible calcular los componentes de la fuerza de mecanización por arranque de virutas, que intervienen perpendicularmente al elemento de corte y al soporte. Figure 4 shows the side view of the lathe blade of Figure 3. Therefore, the functional elements of the same time are designated with the same reference numbers as in Figure 3. The fixing elements of the element of Cutting as well as the lathe blade have been omitted for clarity. The support 6 is cut in the area of the cutting element 7 and the recess in the tool holder 9 to show the possible arrangement of the converters under the cutting element and under the support in the tool holder. In the area of the cutting element, the converters are shown as well as the support plates. Through the arrangement of the converters under the cutting element and the support it is possible to calculate the components of the machining force by chip removal, which intervene perpendicularly to the cutting element and the support.

En la figura 5m se representa una fresa frontal 40 como herramienta de corte durante la mecanización de una pieza de trabajo 41. Mientras que la fresa 40 dispuesta fija estacionaria en dirección 42 gira alrededor de su eje 4, la pieza de trabajo 41 avance en la dirección 44 por debajo de la fresa, de manera que se retirar virutas 45. En la cabeza de la fresa 46 están dispuestos los elementos de corte 47 sobre la periferia a distancias iguales. Vistos en el sentido de giro 42 de la fresa, delante de los elementos de corte 47 están dispuestos unos convertidores en la cabeza de la fresa 46, sobre los que se apoyan los elementos de corte 47. En el presente ejemplo de realización se trata de sensores 48 para la determinación de la actuación de la fuerza sobre los elementos de corte y la cabeza de fresa así como de generadores de tensión 49. En el presente ejemplote realización, los convertidores están dispuestos In figure 5m a front milling cutter 40 is shown as a cutting tool during the machining of a workpiece 41. While the milling cutter 40 fixed stationary in direction 42 rotates around its axis 4, the workpiece 41 advances in the direction 44 below the milling cutter, so that chips 45 are removed. In the head of the milling cutter 46 the cutting elements 47 are arranged on the periphery at equal distances. Seen in the direction of rotation 42 of the milling cutter, in front of the cutting elements 47, converters are arranged in the head of the milling cutter 46, on which the cutting elements 47 are supported. In the present embodiment it is a question of sensors 48 for determining the performance of the force on the cutting elements and the milling head as well as of voltage generators 49. In the present exemplary embodiment, the converters are arranged

5 adyacentes entre sí, pero de acuerdo con la invención pueden estar colocados superpuestos, como se representa de acuerdo con los ejemplos de realización en las figuras 3 y 4. 5 adjacent to each other, but according to the invention they may be superimposed, as shown in accordance with the embodiments in Figures 3 and 4.

Puesto que la fresa 40 no gira, es difícil una transmisión de señales de los datos calculados por los sensores a una instalación de control de la máquina herramienta, Por este motivo, en el presente ejemplo de realización está prevista una transmisión por radio desde y hacia la cabeza de la fresa 46 a un emisor / receptor en la máquina 10 herramienta, como no se representa aquí. Las tensiones generadas en los sensores 48 a través de la actuación de la fuerza son conducidas como señales 50 en primer lugar a un circuito receptor de señales y a un circuito de disparo 51. Allí las señales son verificadas para determinar si se exceden valores límite y en el caso de que se exceda o no se alcance una fuerza previamente establecida en un elemento de corte 47 se transmite una señal a la instalación de regulación de la máquina herramienta. La transmisión de señales desde la fresa giratoria 40 hasta la 15 máquina herramienta se realiza por medio de un emisor 52. La energía eléctrica 53 necesaria para ello es generada en los convertidores 49 configurados como generadores de tensión y es conducida hacia una unidad de rectificaciónSince the milling cutter 40 does not rotate, it is difficult to transmit signals from the data calculated by the sensors to a control installation of the machine tool. For this reason, in the present example of embodiment a radio transmission is provided to and from the head of the milling cutter 46 to an emitter / receiver in the machine tool 10, as not shown here. The voltages generated in the sensors 48 through the actuation of the force are conducted as signals 50 firstly to a signal receiving circuit and a trip circuit 51. There the signals are checked to determine if limit values are exceeded and in in the event that a force previously established in a cutting element 47 is exceeded or not reached, a signal is transmitted to the machine tool regulation facility. The transmission of signals from the rotating mill 40 to the machine tool 15 is carried out by means of an emitter 52. The electrical energy 53 necessary for this is generated in the converters 49 configured as voltage generators and is led to a rectification unit

64. Ésta alimenta la tensión necesaria al circuito de recepción de señales y al circuito de disparo 51 y al emisor 52. 64. This feeds the necessary voltage to the signal reception circuit and the trip circuit 51 and the transmitter 52.

La disposición de los sensores se puede realizar, por ejemplo, también sobre la periferia del o de los cojinetes del árbol de la fresa en la máquina herramienta. De esta manera se pueden calcular las fuerzas que actúan sobre la 20 máquina herramienta, de forma comparable con el cálculo de las fuerzas en el porta-herramientas de un torno. The arrangement of the sensors can be carried out, for example, also on the periphery of the bearing (s) of the milling cutter in the machine tool. In this way, the forces acting on the machine tool can be calculated, in a manner comparable with the calculation of the forces on the tool holder of a lathe.

Claims

1.- Cutting tool (3; 40) for machining by chip removal, which is constituted by a support (6; 46), which carries at least one cutting element (7 ', 47), so that the tool cutting is housed in a tool holder (9) or in a bearing of a machine tool and the machine tool is equipped 5 with an installation for the regulation (25) of the mechanization by start of shavings of work pieces, of so that several piezoceramic converters are provided as sensors (22; 48) and these converters are arranged in at least one place in the cutting tool (3; 40) or in their housing for the drive through at least one of the components (–Fe, –Ff, –Fr) of the machining force by chip removal (–F), which acts on the cutting tool (3; 40), and converters (22, 30; 48, 49) are connected to the 10 regulation installation (25) of the machine tool, face cterized because several piezoceramic converters (30, 49) are provided as voltage generators for the power supply of electronic circuits and piezoceramic converters (22, 30; 48, 49) are arranged both between the cutting element (7; 47) and the support (6; 46) and also between the support (6) and the cutting tool (3) and the tool holder (9) and they are supported by recesses (20) and (21), respectively and the sensors (22; 48) and the voltage generators (30; 49) are

15 placed superimposed, separated from each other, if necessary, by an insulating support plate (29).

2. Tool for cutting machining by chip removal according to claim 1, characterized in that the voltage generators (30; 49) are connected through a rectification unit (32; 54) with the electronic circuits (24 ; 51, 52) for voltage supply.