SE460403B - Skaerverktyg foersett med tillstaandsgivare - Google Patents

Description

460 40% " Ett stort önskemål är att kunna styra en skärprocess så att den utförs under optimala betingelser avseende skärhastighet, matning och verktygsslitage.

Emellertid varierar det bearbetade materialets skäregenskaper från arbets- stycke till arbetsstycke och till och med inom ett arbetsstycke. Under ut- nyttjande av känd teknik mâste därför aktuella skärdata väljas konservativt så att verktygen klarar de svåraste belastningsfallen, vilket innebär att man oftast arbetar med en för låg skärhastighet eller matning.

Vidare är det ett önskemål att kunna undvika verktygshaveri med verktyget i ingrepp'med arbetsstycket. Särskilt väsentligt är detta vid stora och/eller dyrbara arbetsstycken.

Föreliggande uppfinning uppfyller de ovan angivna önskemålen. Medelst före- liggande uppfinning är det möjligt att dels beräkna temperaturfördelningen i ett skärverktyg, dels erhålla information om verktygets aktuella förslit- ningsgrad.

Detta medför att det är möjligt att momentant välja optimal skärhastighet och/eller matning. >Vidare är det möjligt att genom fortlöpande information om temperaturfördel- ningen í verktyget och slitaget av verktyget beräkna skärdata som medför att det arbetsstycke som är under bearbetning kan bearbetas färdigt utan att verk- ftygshaveri riskeras. Givetvis krävs härvid att experimentella data från tidi- gare skäroperationer finns tillgängliga. Dylika data kan dock lätt insamlas under utnyttjande av föreliggande uppfinning.

Föreliggande uppfinning hänför sig således till ett skärverktyg försett med tíllståndsgivare, vilka tillstândsgivare innefattar temperaturgivare och led- are pâ skärverktygets släppningssida och utmärkes av att två eller flera tem- peraturgivare är placerade på skärverktyget på olika avstånd från skärverktyg- ets skäregg så att temperaturfördelningen i skärverktyget, åtminstone vid skär- eggen och dess närbelägna omgivning, skärverktygets släppningssida, kan beräk- nas utifrån elektriska signaler från temperaturgivarna, samt av att åtminstone en del av temperaturgivarna är så placerade att vid förslitning av verktyget en eller flera av temperaturgivarna i successiv ordning bortnötes.

Nedan beskrivas uppfinningen närmare delvis i anslutning till på bifogade rit- ningar visade utföringsexempel av uppfinningen, där _- - 460 4Û3 - figur 1 visar en vändskärsplatta sedd från sidan - figur 2 visar en vändskärsplatta där uppfinningen tillämpas, sedd från höger i figur l - figur 3 visar undersidan av vändskärsplattan i figur 2 - figur Ä resp. 6 visar ett tvärsnitt genom ett ytparti av vändskärsplattan - figur 5 resp. 7 visar en vändskärsplatta i en vy motsvarande den i figur 2 ivisade där alternativa utföringsformer av uppfinningen illustreras - figur 8 visar den spånbrytande sidan av ett triangulärt vändskär. l figurerna 1 och 2 visas en vändskärsplatta l. I figur 1 visas vändskärsplattan sedd från sidan, där till höger och till vänster en släppningsvinkel 2 av om- kring 6° förekommer från skäreggen 3 och nedåt. En dylik vändskärsplatta slits initialt på så sätt att en fasförslitningsyta 6 bildas med en höjd H understigande 0.1 mm. Pilarna Ä visar materialets matningsriktning relativt skäret i.

Pilen 5 visar spânornas transportriktning. Dylika vändskärsplattor är i sig mycket välkända och kan utföras i olika material, såsom hårdmetall, keramik, snabbstål och andra hårda legeringar. De kan även innehålla diamant eller bornitríd i större eller mindre grad.

Normalt förekommer ett slitskikt pålagt på skärets basmaterial. Företrädes- vis används härvid TiN, TiC eller Al203. Ett annat lämpligt skyddsskikt är Bornitrid. Slitskiktets tjocklek kan exempelvis vara 0.1-Sqßm.

Föreliggande uppfinning hänför sig till skärverktyg i allmän bemärkelse och är således inte begränsad till de på bifogade ritning visade skärverktygen, utan dessa illustrerar endast exempel på en tillämpning av föreliggande upp- finning. Skärverktygen är försedda med tillståndsgivare vilka innefattar temperaturgivare och på skärverktyget pålagda ledare.

Ledarna och/eller temperaturgivarna kan anbringas på skärverktyget så att de bildar en med skärverktyget atomärt integrerad enhet genom t.ex. en PVD-metod eller en CVD-metod eller en fotokemisk metod.

Alternativt kan ett tryckningsförfarande med en efterföljande sintring an- vändas. Det är sâledes möjligt att både använda tjockfilmsteknik och tunn- filmsteknik. Ledarnas och temperaturgivarnas tjocklek kan beroende av använd metod antaga olika värden exempelvis O.Lam till 5gam__ Enligt föreliggande uppfinning är för det första två eller flera temperatur- givare 10-l3 placerade på skärverktyget l på olika avstånd från skäreggen 3 460 4%- så att temperaturfördeiningen i skärverktyget, åtminstone vid skäreggen och dess närbelägna omgivning, kan beräknas utifrân elektriska signaler från temperaturgivarna. För det andra är åtminstone en del av temperaturgivarna så placerade att vid förslitning av verktyget en eller flera av temperatur' givarna i succesiv ordning bortnötes.

Enligt en föredragen utföringsform utgöres nämnda temperaturgivare av termo- element.

Fasförslitningsytans höjd varierar från att från början ha höjden 0 mm till att ha en viss höjd,upp till exempelvis 0.7 mm då skärverktyget anses utslitet.

Enligt en föredragen utföringsform finns två eller flera termoelement placerade på skärverktygets släppningsyta på ett sådant avstånd från skäreggen att de kommer att bortslitas när skärverktygets fasförslitningsyta växer.

Företrädesvis förefinns ett flertal termoelement placerade på släppningsytan, där åtminstone ett termoelement är.placerat på ett större avstånd från skär? eggen än vad som motsvaras av fasförslitningsytans högsta avsedda höjd när skärverktyget anses utslitet.

Skärverktygen kan utgöras av såväl elektriskt ledande som av elektriskt iso- lerande material.

För det fall skärverktyget är utfört i ett elektriskt ledande material förses skärverktyget med ett isolerande skikt, exempelvis ett skikt av Al203 ovanpå vilket elektriska ledare anbringas. Lämpligen kan skiktets tjocklek vara l“l Û/LFIT. l figur 2 visas ett antal termoelement l0-l3 placerade på olika avstånd från skäreggen 3, där det närmast eggen liggande termoelementet 10 är placerat vid eller strax under en initiellt erhàllen fasförglitníngsyta 6, Mefi ínitiellt menas efter en kortare tids drift, exempelvis efter l minuts drift.

Enligt en första utföringsform av uppfinningen, se figur Å, är för varje termo- element en ledare 20 pålagd på ett på skärverktygets basmaterial 21 elektriskt isolerande skikt 22, där ett hål 23 är upptaget i det isolerande skiktet 22, i vilket häl 23 en ände ZÅ av nämnda ledare 20 är anbringad i kontakt med skärverktygets basmaterial för att med detta bilda ett termopar. Det kalla lödstället är härvid placerat på avstånd från skärverktyget, exempelvis vid verktygshållaren. _ sa, »w 460 403 *i Många material bildar tillsammans termopar, vilka genererar en elektrisk spänning enligt den välkända termoelementprincipen, Seeveck effekten. Upp- finningen är inte begränsad_till:några särskilda materialkombinationer. Om . exempelvis skärverktygets bàsmaterial är hårdmetall kan ledaren 20,2Ä vara ut- förd i exempelvis järn eller platina. Om exempelvis skärverktygets basmaterial är snabbstâl kan ledaren 20,2Å vara utförd i exempelvis guld.

Nämnda häl 23 kan exempelvis upptagas medelst en lasersträle före det att resp. ledare 20 pâlägges skärverktyget. När ledarna 20 pälagts överdrages företrädes- vis skärverktyget med ett skydds- och slitskikt 25, lämpligen Al203, som är elektriskt isolerande.

Denna första utföringsform illustreras i figur 2 och 3 där således endast en ledare 20 löper fram till resp. termopar.

Respektive ledares 20 kontaktplatta 26 kan förläggas till skärverktygets under- sida 27, såsom visas i figur 3, eller kan förläggas till skärverktygets släpp- ningssida 28,sâsom illustreras med streckade linjer i fig. 2 för en av ledarna 20.

I verktygshâllaren, icke visad, förefinns kontaktdon vilka är avsedda att anligga mot resp. ledares 20 kontaktplatta 26. Kontaktplattorna 26 utgör således den ena polen medan den andra polen utgöres av verktygets basmaterial.

Av detta skäl förefinns en ytterligare kontaktplatta 29 vilken har direkt elektrisk kontakt med skärverktygets basmaterial 21 och vilken är avsedd att anligga mot ett ytterligare kontaktdon i verktygshàllaren. Givetvis är kontakt- plattorna 26,29 icke överdragna av det elektriskt isolerande skydds- och slit- skiktet.

Från kontaktdonen i verkygshållaren förefinns elektriska ledare vilka löper till en signalbehandllngsutrustning. Signalbehandlingsutrustningen utgör i sig ingen del av föreliggande uppfinning varför den inte beskrives annat än mycket kortfattat nedan.

Signalbehandlingsutrustningen, vilken kan vara av lämpligt känt slag, såsom en för ändamålet programmerad dator, är anordnad medelst programvara att av- känna temperaturen i varje termopar l0-13. Med ledning av dessa temperaturer och termoparens lägen på skärverktyget är utrustningen anordnad att beräkna temperaturfördelningen i skärverktyget åtminstone i skäreggen och/eller dess omedelbara omgivning. 460 483' Vidare är utrustningen anordnad att avkänna och registrera sprângvisa föränd- ringar i spänningen från termoparen. När exempelvis förslitningen medfört att fas- förslitningsytan sträcker sig red till linjen A-Ai Fig. 2 har termoparen 10 och il slitits bort. När ett termopar slits bort registreras detta genom att spänningen i tillhörande ledare språngvis ändras. Härigenom erhåller således utrustningen information om dels temperaturen i olika punkter av skärverktyget, dels skär- verktygets förslitningshastighet och förslitningsgrad. Förslitningshastigheten kan beräknas genom att utrustningen registrerar när termoparen succesivt slits bort.

Antalet termopar kan givetvis varieras men tre till fem termopar på verktygets släppningsyta torde vara tillräckligt För de Fiesta tillämpningar.

Givetvis kan åtminstone ett termopar även anordnas pâ samma sätt på verktygets spånyta, vid eller nära det område där spânbrytning sker.

För det fall skärverktyget har två,tre,fyra,sex eller åtta eggar förses verktyget med termopar enl. det ovan sagda vid varje egg, på samma sätt som ovan an- givits för en egg 3.

Ovan har en första utföringsform beskrivits där en ledare i en punkt bildar ett termopar med skärverktygets basmaterial.

Enligt en andra utföringsform, visad i figur 5 och 6, utgöres varje temperatur- givare av en punkt i vilken två på skärverktygets yta pålagda @lektFïSk8 lßdêfe BV olika material bildande ett termopar är anslutna till varandra.Detiörstaa/ materi- alen betecknas 30-33 och det andra av materialen betecknas 3¿i._Termoparen tetecknas 35-38.

Exempelvis kan de tvâ naterialen vara Ptoch Pt/Rh el ler NiCr och NlAl .Frânvarje termopar är ledare pålagda vilken leder till iontaktplattor 39310 motsvarande lontaktplatorna 26,29.

Givetvis måste även enl. denna andra utföringsform skärverktygets basmaterial 21 beläggas med ett elektriskt isolerande skyddsskikt 22 för det Fall bas- materialet är elektriskt ledande. Vidare förses lämpligen ledarna med ett skydds- och slitskikt 25. Figur 6 visar ett snitt genom ett enl. den andra utföringsformen utbildat ïefm°Pêf- Enligt en tredje utföringsform, visad i figur 7, innefattar vardera av temperaturgivarna en ledare 50-53 av ett material, vars resistans ändras med temperaturen. Vidare är dessa ledare SO-53 så placerade att ledare efter ledare succesivt bortnötes vid verktygets förslitning. Ledarna kan exempelvis hy, .w si 7 460 405 Il vara utförda i Ni eller Pt .s. Enligt en föredragen utföringsform är nämnda ledare S0-53 placerade parallellt med och på avstånd från varandra samt på olika avstånd från skäreggen på skärverktygets fassida. Ledarna 50-53 är elektriskt parallellt anslutna till elektriska ledare 5ü,55 vars resistans inte nämnvärt ändras med temperaturen, vilka sistnämnda ledare 5Å,55 löper från de parallellt liggande ledarnas ändar till kontaktplattor 56,57 motsvar- ande tidigare nämnda kontaktplattor 26, 29 och 39, #0.

Ledarna SU-55 är placerade ovanpå ett isolerande skikt 22 på basmaterialet 2l om detta är elektriskt ledande. Vidare är lämpligen ledarna överdragna med ett skydds- och slitskikt 25. l figur 8 visas ett triangulärt vändskär 60 där skärets spânyta visas. Tre termopar 61-63 är anbringade enl. den teknik som ovan beskrivits i samband med figurerna Z och Å. Från termoparen 61-63 löper ledare 6ü-66 till kontakt- plattor 67-69. Kontaktplattan motsvarande kontaktplattan 29 i figur 2, d.v.s. kontakten direkt till basmaterialet, förefínns lämpligen i vändskärets 60 centrumhäl 70.

Det är tydligt att föreliggande uppfinning möjliggör en effektiv adaptiv styrning såsom inledningsvis nämnts.

Det är uppenbart att givarna kan placeras pä annat sätt och i andra mönster än vad som ovan exemplifierats. Vidare kan kontaktplattorna vara belägna på andra ställen.

Föreliggande uppfinning kan således modfieras och är därför inte begränsad till de ovan angivna utföríngsexempelen utan kan varieras inom dess av bi- fogade patentkrav angivna ram.

Claims (11)

460 4%- e 2 Patentkrav

1. Skärverktyg försett med tíllstàndsgivare, vilka tillstàndsgivare innefattar temperaturgívare och ledare pà skârverktygets slâppningssida, k ä n n e t e c k n a t a v, att tva eller flera temperaturgivare (10- 13;35-38;50-53;62-64) är placerade pà skârverktyget (1) pà olika avstånd fràn skârverktygets skäregg (3) så att temperaturfördelningen i skärverktyget (1), åtminstone vid skäreggen (3) och dess närbelägna omgivning, skârverk- tygets släppningssida (28), kan beräknas utifrån elektriska signaler från temperaturgivarna (10-13;3S-3B;S0-53;62-64), samt av att åtminstone en del av temperaturgivarna är så placerade att vid förslitning av verktyget (1) en eller flera av temperaturgivarna i successiv ordning bortnötes.

2. Skärverktyg enl. krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v, att nämnda temperaturgivare (10-13:35-38) utgöres av ett termoelement.

3. Skärverktyg enl. krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v, att för det fall skärverktyget (1) är utfört i ett elektriskt ledande material, sàsom hàrdmetall, skârverktyget (1) är försett med ett elektriskt isolerande skikt (22) ovanpå vilket nâmdna ledare är anbragta.

4. Skärverktyg enl. krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t a v, att varje temperaturgivare (35-38) utgöres av en punkt i vilken tvâ pá skär- verktyget pàlagda elektriska ledare (34;30-33) av olika material bildande ett termopar är anslutna till varandra.

5. Skârverktyg enl. krav 2 eller 3, där skärverktyget (1) är av ett elektriskt ledande material och försett med ett elektriskt isolerande material (22), k ä n n e t e c k n a t a v, att för varje temperturgívare (10-13;62-64) en ledare (20) är pàlagd pà det isolerande skiktet (22) och av att ett hål (23) är upptaget i det isolerande skiktet (22) i vilket hàl (23) en ände (24) av ledaren (20) är anbringad i kontakt med basmaterialet (21) för att tillsammans med skärverktygets (1) basmaterial (21) bilda ett termopar. 'de "vi “l 460 403

6. Skârverktyg enl. krav 1, 2, 3, 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a t a v, att varje termopar (10-13;35-3B;62-64) är elektriskt anslutna till kontaktplattor (26,29;39;40;67-70) pà skârverktyget (l), vilka kontaktplattor är anordnade att samverka med kontaktdon för överförande av elektriska signaler fràn skärverktyget (1) till en signalbehandlíngsutrustning.

7. Skärverktyg enl. krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v, att vardera av nämnda temperaturgivare innefattar en ledare (50-53) av ett material vars resistans ändras med temperaturen.

B. Skärverktyg enl. krav 7, k ä n n e t e c k n a t a v, att nämnda ledare (50-S3) är placerade parallellt med och pà avstånd fràn varandra samt av att ledarna är elektriskt parallellt anslutna till elektriska ledare (S4,55) löpande fràn de parallellt liggande ledarna till kontakt- plattor (56,S7) pà verktyget, vilka kontaktplattor (56,57) är anordnade att samverka med kontaktdon för överförande av elektriska signaler fran skârverktyget (1) till en sígnalbehandlingsutrustning_

9. Skärverktyg enl. krav 1, 2, 3, 4, 5, 6 eller 7, k ä n n e t e c k - n a t a v, att temperaturgivarna (l0-l3;35~38;50-53) år placerade pà verktygets (1) slâppningssída (28) och pà olika avstånd, mätt vinkelrätt mot skäreggens (3) längdriktning, fràn den ursprungliga skäreggen.

10. Skärverktyg enl. krav 9, k ä n n e t e c k n a t a v, att temperatur- gívarna (10-13;35-38;S0-S3) är placerade så att den givare (13;38;53) som är placerad längst fràn den ursprungliga skäreggen (3) är placerad pà ett större avstånd än vad som motsvaras av skärverktygets fasförslitningsytas (6) största avsedda höjd (H), vinkelrätt mot skäreggens lângdriktning.

11. Skärverktyg enl. något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t a v, att åtminstone en temperaturgivare är placerad på skârverktygets spanyta (30).