CN110091214A - 用于监控数控机床工作主轴的工具夹紧系统的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于监控数控机床的工作主轴的工具夹紧系统的方法和装置，数控机床具有控制装置，当工具通过工具接口夹紧至工具接合架时，对利用借助于工具接口夹紧至工作主轴的工具进行加工的工具的加工进行控制，其中工作主轴具有多个在工作主轴的工具接合架的承载区域上的力传感器，且当工具通过工具接口夹紧在工作主轴的工具接合架上时，工作主轴的力传感器的传感器数值被提供在控制装置上，包括当工具通过工具接口夹紧至工作主轴的工具接合架时，根据所确定的力的分布，在控制装置上监控工作主轴的工具夹紧系统，尤其是关于执行安全控制措施以防止在工件加工期间主轴损坏、工件损坏和/或工具损坏的需求。

Description

用于监控数控机床工作主轴的工具夹紧系统的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于监控数控机床的工作主轴的工具夹紧系统的方法和装置，数控机床具有控制装置，当工具通过工具接口夹紧至工具接合架时，对利用借助于工具接口夹紧至工作主轴的工具进行加工的工件的加工进行控制，其中工作主轴具有多个在工作主轴的工具接合架的承载区域上的力传感器，且当工具通过工具接口夹紧在工作主轴的工具接合架上时，工作主轴的力传感器的传感器数值被提供在控制装置上。

背景技术

现有技术中已知，当工具通过工具接口夹紧至工作主轴的工具接合架时，在用于加工工件的数控机床上利用通过工具接口夹紧至工作主轴的工具来监控机床的工作主轴的工具夹紧系统。

在该方面，EP2829859A2提供了具有多个力传感器(例如，应变计或其他力传感器)的工作主轴，力传感器在工作主轴的工具接合架的承载区域上，使得在工具通过工具接口夹紧在工作主轴的工具接合架上时，工作主轴的力传感器的传感器数值能够被提供在机床的控制装置上。

特别地，EP2829859A2示出了一种用于确定几何体的变形或用于通过力或形变测量传感器来测量作用在几何体上的力或力矩的方法，如果打算通过其指定，那么可以实现更精确地确定的该几何体的形变或者更精确地测量作用在其上的力或力矩。为此，提出在几何体上以至少两组布置多个力或形变测量传感器，以这样的方式使得第一组力或形变传感器检测几何体的力或形变，所述力或形变基于相对于几何体的静止的坐标系沿第一空间方向施加至几何体，且第二组力或形变传感器检测几何体的力或形变，所述力或形变基于相对于几何体的静止的坐标系沿第二空间方向施加在几何体，所述第二空间方向独立于第一空间方向，且力或形变的信号输出相对于彼此设置，用于信号检测和评估以及确定或评估作用在不同空间方向中的力或形变的分量。

根据EP2924526A1还已知基于EP2829859A2的传感器配置来监控机床上的操作参数。特别地，EP2924526A1示出了用于设置和/或监控工件加工机器的操作参数的方法，工件加工机器具有工具夹和部件，且工具夹至少沿第一轴相对于彼此移动工件。根据本发明的方法的特征在于，在配备有工具的工具夹的加工操作中和在工具与工件的接合中，用于下述所测量的变量(在工具和工件之间的交互期间发生在工具上且发送到工具夹)中的至少一个所测量的变量的数值被记录在工具夹上且被记录为加工过程：a.作用在平行于第一轴的方向中的轴向力，b.相对于第一轴或平行于第一轴的轴施加的扭矩，c.根据方向和量的弯矩或弯矩分量，其中用于至少一个所测量的变量的所确定的数值被使用，以便执行操作参数的设置，所述数值与所使用的工具的使用寿命相关联，且同时加工时间少于最大的加工时间和/或以便就加工操作的可再现性和/或工具磨损和/或工件加工机器的机器误差监控加工操作。

本发明的目的在于改善在工件加工之前和期间对工作主轴的工具夹紧系统的监控，且特别地，使其更加用户友好和/或在加工操作期间能够以对机器、工具和/或工件来说温和的方式执行加工。

发明内容

为了解决上述问题，提供了根据权利要求1的一种用于监控数控机床的工作主轴的工具夹紧系统的方法，和根据权利要求23一种用于对通过借助于工具接口夹紧至数控机床的工作主轴的工具进行加工的工件的加工进行控制以及监控所述机床的所述工作主轴的工具夹紧系统的控制装置，以及根据权利要求24的具有这样的控制装置的机床和相应的计算机程序产品。附属权利要求涉及优选实施例。

根据一个方面，提供了一种用于监控数控机床的工作主轴的工具夹紧系统的方法，所述数控机床具有控制装置，所述控制装置在工具通过工具接口夹紧至所述工作主轴的所述工具接合架时，对利用借助于工具接口夹紧至所述工作主轴的工具进行加工的工件的加工进行控制。

这里，所述工作主轴设置有多个在所述工作主轴的工具接合架的承载区上的力传感器，且当所述工具通过所述工具接口夹紧在所述工作主轴的所述工具接合架时，所述力传感器的传感器数值被提供在所述控制装置上

所述方法还建议应该包括：当所述工具通过所述工具接口夹紧至所述工作主轴的所述工具接合架时，根据所述力传感器所提供的所述传感器数值，确定在所述工具接合架的接触区处的力的分布，和/或当所述工具通过所述工具接口夹紧至所述工作主轴的所述工具接合架时，根据所确定的所述力的分布，在所述控制装置上监控所述工作主轴的所述工具夹紧系统，尤其是关于执行安全控制措施以防止在所述工件加工期间主轴损坏、工件损坏和/或工具损坏的需求。

根据优选的示例性的方面，所述方法包括：当所述工具夹紧在适当的位置时，尤其是夹紧所述工具之后，根据所述力的分布确定作用的拉入力。

根据优选的示例性的方面，所述方法包括：将所确定的所述拉入力与一个或多个拉入力极限值进行比较，和/或在确定所确定的所述拉入力低于所述拉入力极限值的至少一个拉入力极限值时，执行安全控制措施。

实施所述安全控制措施优选地包括：向所述机床的操作者输出视觉和/或声音警告信号，减速或停止所述机床的一个、多个或所有所述进给轴的进给，降低所述工作主轴的所述主轴速度或停止所述机床的工作主轴，控制所述机床的所述进给轴以将所述工具从所述工件移开，和/或在所述机床上启动紧急停止。

根据优选的示例性的方面，所述方法包括：根据主轴速度、工具类型、工具尺寸、工具接口类型和/或工具接口尺寸设置或确定一个或多个拉入力极限值

根据优选的示例性的方面，所述方法包括：在所述控制装置的图形用户界面上输出所确定的所述拉入力。

根据优选的示例性的方面，所述方法包括：在利用所夹紧的所述工具加工工件期间，根据所确定的所述力的分布确定动态作用在所述工作主轴的所述工具夹紧系统和/或工具上的轴向力，尤其是在利用所夹紧的所述工具加工工件期间。

根据优选的示例性的方面，所述方法包括：将所确定的所述轴向力与一个或多个轴向力极限值进行比较，和/或当确定所确定的所述轴向力超过所述一个或多个轴向力极限值中的至少一个轴向力极限值时，执行安全控制措施。

根据优选的示例性的方面，所述方法包括：根据所述拉入力、主轴速度、工具类型、工具尺寸、工具接口类型和/或工具接口尺寸设置或确定一个或多个轴向力极限值。

根据优选的示例性的方面，所述方法包括：根据所确定的所述拉入力设置或确定一个或多个轴向力极限值。

根据优选的示例性的方面，所述方法包括：将所确定的所述轴向力输出至所述控制装置的图形用户界面。

根据优选的示例性的方面，所述方法包括：根据所确定的所述力的分布确定在利用所夹紧的所述工具加工工件期间动态地作用在所述工作主轴的所述工具夹紧系统和/或所述工具上的径向扭矩，尤其是在利用所夹紧的所述工具加工工件期间。

根据优选的示例性的方面，所述方法包括：将所确定的所述径向扭矩与一个或多个径向扭矩极限值进行比较，和/或当确定所确定的所述径向扭矩超出所述一个或多个径向扭矩极限值中的至少一个径向扭矩极限值时，执行安全控制措施。

根据优选的示例性的方面，所述方法包括：根据所述拉入力、主轴速度、工具类型、工具尺寸、工具接口类型和/或工具接口尺寸设置或确定一个或多个径向扭矩极限值。

根据优选的示例性的方面，所述方法包括：根据所确定的所述拉入力或根据对应于所确定的所述拉入力的临界弯矩和/或提升脱离的扭矩，尤其是根据所述工具接口类型和/或工具接口尺寸，设置或确定所述一个或多个径向扭矩极限值。

根据优选的示例性的方面，所述方法包括：在所述控制装置的图形用户界面上输出所确定的所述径向扭矩。

根据优选的示例性的方面，所述执行所述安全控制措施包括：向所述机床的操作者输出视觉和/或声音警告信号，减速或停止所述机床的一个、多个或所有所述进给轴的进给，降低所述工作主轴的所述主轴速度或停止所述机床的工作主轴，控制所述机床的所述进给轴以将所述工具从所述工件移开，和/或在所述机床上启动紧急停止。

根据优选的示例性的方面，在将所述工具夹紧在所述工作主轴的所述工具接合架上之后，根据所述力的分布确定在所述工具接合架的所述承载区和所夹紧的所述工具的所述工具接口的相应的所述承载区之间是否存在任何影响夹紧情况的干扰物，尤其是灰尘或碎屑。

根据优选的示例性的方面，所述方法包括：当根据所确定的所述力的分布确定影响所述夹紧情况的一个或多个干扰物存在所述工具接合架的承载区和所夹紧的所述工具的所述工具接口的相应的承载区之间时，根据所确定的所述力的分布确定影响所述夹紧情况的存在于所述工具接合架的承载区和所夹紧的所述工具的所述工具接口的相应的承载区之间的一个或多个干扰物的位置。

根据优选的示例性的方面，所夹紧的所述工具的所述工具接口的所述承载区相对于所述工具接口的参考点划分成多个扇形区，其中，在根据所确定的所述力的分布确定所述一个或多个干扰物存在的所述位置中时，确定干扰物存在的所述工具接口的所述承载区的一个或多个扇形区。

根据优选的示例性的方面，所述工具接口的所述承载区的所述多个扇形区包括在所述工具接口的平面接触区上的多个扇形区，和/或所述工具接口的所述承载区的所述多个扇形区包括在所述工具接口的锥形接触区上的多个扇形区。

根据优选的示例性的方面，所述控制装置设计为输出指示存在于所述工具接合架的承载区和所夹紧的所述工具的所述工具接口的相应的承载区之间的一个或多个干扰物的所确定的位置的位置数据。

根据优选的示例性的方面，所述方法包括：将所述一个或多个干扰物的所述所确定的位置输出至所述控制装置的图形用户界面。

另一示例性的方面提出了一种控制装置，其用于对通过借助于工具接口夹紧至数控机床的工作主轴的工具进行加工的工件的加工进行控制以及在工具通过工具接口夹紧至所述工作主轴的所述工具接合架时，监控所述机床的所述工作主轴的工具夹紧系统，所述工作主轴具有在所述工作主轴的工具接合架的承载区上的多个力传感器，且当所述工具通过所述工具接口夹紧在所述工作主轴的所述工具接合架上时，所述工作主轴的所述力传感器的传感器数值被提供在所述控制装置上，且所述控制装置配置为：当所述工具通过所述工具接口夹紧至所述工作主轴的所述工具接合架时，根据所述力传感器所提供的所述传感器数值，确定在所述工具接合架的接触区处的力的分布，以及当所述工具通过所述工具接口夹紧至所述工作主轴的所述工具接合架时，根据所确定的所述力的分布，在所述控制装置上监控所述工作主轴的所述工具夹紧系统，尤其是关于执行安全控制措施以防止在所述工件加工期间主轴损坏、工件损坏和/或工具损坏的需求。

根据另一示例性的方面，提出了一种计算机程序产品，包括使控制装置执行根据前述方面的任意一方面所述的方法的命令，当通过控制装置的计算机执行所述程序时，用于在工具通过工具接口夹紧至数控机床的工作主轴时控制工件的加工操作和用于在工具通过工具接口夹紧至所述工作主轴的所述工具接合架时监控所述机床的所述工作主轴的工具夹紧系统，所述工作主轴具有在所述工作主轴的工具接合架的承载区上的多个力传感器，且当所述工具通过所述工具接口夹紧在所述工作主轴的所述工具接合架上时，所述工作主轴的所述力传感器的传感器数值被提供在所述控制装置上。

附图说明

图1示出了数控机床的一示意性的示例性实施例。

图2示出了夹紧在机床的工作主轴上的工具的一示意性的示例性视图。

图3示出了根据本发明的一实施例的用于监控机床的工作主轴的工具夹紧系统的示例性方法的示例性流程图。

具体实施方式

在下文中，参考附图详细地描述本发明的优选实施例。然而，本发明不限于所描述的实施例。本发明由权利要求的范围限定。在附图中用相同的附图标记表示实施例的同一或相同的特征。

图1示出了数控机床100的一示意性的示例性设计。

如示例所示，机床100包括机床座110，在机床座110上布置有示例性的工件夹紧台150，其可以包括一个或多个滑块和/或一个或多个可旋转地驱动旋转轴或转动轴，所述滑块能够在机床座110上线性移动，工件WS能够夹紧在机床座110上。

机床100还包括例如机架120，在机架120上布置有具有工作主轴140的主轴支架130，主轴支架130包括能够在机架120上线性移动和/或能够具有一个或多个可旋转地驱动的旋转轴或转动轴的一个或多个滑块。作为示例，机床100可以设计为5轴或6轴机床。

工具WZ，例如铣削工具或钻孔工具，例如通过工具接口200夹紧在主轴140上。工具接口200可以设计为中空柄锥形、陡锥形、多边形柄锥形、莫氏锥形或已知的以其他方式的工具接口。

机床100还包括计算机控制装置160，计算机控制装置160(可以设计为触摸监视器)包括屏幕161和输入区160，用于例如通过键盘、鼠标、转钮或旋钮输入操作者的控制命令或操作命令。此外，控制装置160包括用于例如通过处理器存储数据和执行计算机辅助方法的数据处理装置163。

控制装置160设置为控制所夹紧的工具WZ相对于所夹紧的工件WS的相对移动，如果需要，基于NC控制数据，并控制机床的致动器(例如轴驱动器)并读取机床100的传感器的传感器信号。

图2示出了工具夹紧在机床的工作主轴上的示意性的示例性视图。

工作主轴140包括工具接合架141，工具接口200夹紧在工具接合架141上，其中工具WZ连接或紧固至工具接口200。

工具接合架141的承载区包括多个力传感器142a和142b，力传感器142a和142b可以设计为例如应变计，工具接口200的承载区在夹紧状态下静止在工具接合架141的承载区上。

力传感器142b布置在工具接合架141的承载区的平面接触区141b的一部分上，且力传感器142a布置在工具接合架141的承载区的锥形接触区141a的一部分上。力传感器142a和142b能够用于确定在夹紧的状态中的工具接口200的承载区上的力的分布，尤其是在工具接口200的平面接触区和锥形接触区的区域中。

图3示出了根据本发明的一实施例的用于监控机床的工作主轴的工具夹紧系统的示例性的方法的示例性流程图。

在步骤S301中，工具WS通过工具接口200插入至机床100的工作主轴140的工具接合架141中，然后在步骤S302中夹紧至工作主轴140。

在步骤S303中，力传感器142a和142b的传感器数据在工作主轴140的工具接合架141处读取或者在控制装置160处使可用。

在步骤S304中，基于在工作主轴140的工具接合架141处的多个力传感器142a和142b的传感器信号，力的分布在控制装置160处确定，基于此，轴向(即在主轴的轴方向上)作用的力和径向作用的力或扭矩能够确定。

还能够有利地检查所确定的任何不对称的力的分布，并从而得出关于工具接口200是否正确地夹紧至工作主轴140的工具接合架141，或者在将工具WZ通过工具接口夹紧至工作主轴140的工具接合架141上之后，在工具接合架141的承载区141a和141b与所夹紧的工具WZ的工具接口200相应的承载区之间，是否存在影响或扰乱夹紧情况的干扰物，特别是碎屑或其他污染物。

在示例性的步骤S305中，基于在步骤S304中所确定的力的分布确定例如，是否基于所确定的不对称性，能够检测在将工具WZ夹紧在工具接合架141的承载区141a和141b与工具接口200的相应的承载区之间后，可能存在干扰物，即特别是碎屑或其他污染物。这里，可以检测到具有干扰物尺寸小于或等于10μm的范围的碎屑或污染物。

如果步骤S305为是，那么基于在步骤S304中所确定的力的分布确定在工具接合架141的接触区141a和141b与工具接口200的相应的承载区之间的一个或多个干扰物的位置。

因此该方法包括步骤S306，如果基于所确定的力的分布确定影响夹紧情况的一个或多个干扰物存在于工具接合架的承载区和所夹紧的工具的工具接口的相应的承载区之间(步骤S305为是)，那么基于所确定的力的分布，确定一个或多个干扰物的位置，干扰物影响夹紧情况且存在于工具接合架141的承载区和所夹紧的工具WZ的工具接口200的相应的承载区之间。

在确定所检测的干扰物的位置之后，控制装置布置为将所检测到的干扰物的所确定的位置存储在位置数据中，并输出该位置数据(步骤S307)。

此外，在步骤S308中，工具WZ或工具接口200能够从工作主轴140的工具接合架141松开并在步骤S309中移除以进行清洁。这可以由操作者手动完成或机床100的工具更换装置完成。

在将工具接口200和/或工具接合架141或相应的承载面清洁之后，工具能够在主轴140上重新使用，例如在将工具接口200和/或工具接合架141清洁后，再次执行步骤S301至S305。

为了使操作者更容易清洁工具接口200和/或工具接合架141，可以例如也通过在控制装置160的显示装置(屏幕)161上的可视化显示来输出位置数据，以便向操作者指示所检测到的干扰物的所确定的位置。

在优选实施例中，所夹紧的工具WZ的工具接口200的承载区可以为此而划分成相对于工具接口200的参考点的多个扇形区，其中当基于在步骤S306中所确定的力的分布确定存在的一个或多个干扰物的一个位置(多个位置)时，确定工具接口的承载区的存在干扰物的一个或多个扇形区。

因此，控制装置160的图形用户界面，例如在监控器161上，能够向操作者指示所夹紧的工具WZ的工具接口200的承载区的哪个一个扇形区(多个扇形区)存在干扰物，以便操作者能够清洁这/这些扇形区，或更有效率地检查干扰物。

根据优选示例性的方面，工具接口的承载区的多个扇形区在此包括在工具接口的平面接触区上的多个扇形区和/或工具接口的承载区的多个扇形区包括在工具接口的锥形接触区上的多个扇形区。

多个扇形区在此优选地相对于由操作者可识别的工具接口200的参考点来指示。这样的参考点可以可视地布置在工具接口200上，例如通过颜色标记或图形或凸起(例如凹槽或凸起)。在多个工具接口类型的情况中，这样的参考点可以已存在，而且在凹槽的情况中，例如已知的也被专家称为“德国角(German corner)”的参考凹槽。

如果在清洁之后重复步骤S301至S305，或者如果没有干扰物，以及如果步骤S305直接是否，那么基于在步骤S304中所确定的力的分布，步骤S310测量或确定轴向作用的拉入力FE。

在步骤S311中，控制装置160确定所确定的拉入力FE是否下降至低于拉入力极限值，并且如果确定拉入力FE下降至低于拉入力极限值(步骤S311为否)，那么工具WZ或工具接口200在主轴140处放松(且如果需要的话，例如类似于步骤S309，移除)，以便可以执行主轴维护。为此，控制装置160的图形用户界面可以向操作者指示需要主轴维护，因为所需的确保加工安全的拉入力在夹紧工具时不能够在夹紧系统上实现。

如果步骤S311显示所确定的拉入力FE大于拉入力极限值(步骤S311为是)，那么在步骤S314中确定一个或多个另外的极限值，作为示例，特别是在加工期间产生的最大弯矩(径向作用的扭矩)和/或在加工期间产生的轴向作用的力(即在主轴的轴方向中)的极限值。

这也可以基于存储在控制装置的存储器中的取决于各种参数的极限值表来完成。

这里，极限值也可以是基于各种规格的，例如在避免主轴过载或在主轴上的主轴轴承过载的情况下，用于在加工期间产生的最大弯矩(径向作用的扭矩)和/或在加工期间产生的轴向作用的力(即在主轴的轴方向中)的极限值，以避免主轴或主轴轴承过度磨损或损坏。

此外，在避免弯矩和/或轴向力在工具上过大的情况下，可以设置用于在加工期间产生的最大弯矩(径向作用的扭矩)和/或在加工期间产生的轴向作用的力(即在主轴的轴方向中)的极限值，其适合于指定的工具和/或工具接口，即例如适合于相应的工具或工具接口的类型或尺寸，以便避免损坏工具(例如切削刃断裂或工具破损)，和/或也避免在工具接口上的过大的径向力矩，尤其是将径向作用的弯矩保持在工具接口的临界弯矩或提升力矩以下，以便防止提升的所夹紧的工具接口从工具接口支持的平面接触中脱离。特别地，产生的最大弯矩/径向力矩的一个或多个极限值可以优选地根据工具接口的尺寸和/或类型设置和/或优选地根据步骤S310中所确定的拉入力FE确定，尤其是因为不同的工具接口在不同的尺寸和不同的拉入力中具有不同的临界弯矩或不同的提升力矩。

根据调查，建议加工操作应该仅在拉入力超过18kN的情况下执行。然而，例如，对于尺寸HSK63的工具接口HSK(中空柄锥)，在拉入力18kN处，提升脱离的扭矩大约450NM，且在拉入力24kN处，提升脱离的扭矩大约540NM，因此更高的弯矩也可以在更高的拉入力处，且对比于较低的拉入力，可以设置较高的径向扭矩极限值。对于其他工具接口尺寸，这保持质量上正确，但是数值上不同。对于具有尺寸HSK100和拉入力40kN的HSK工具接口(中空柄锥)，提升脱离的扭矩大约为1120NM，以及对于拉入力55kN，提升脱离的扭矩大约为1400NM。因此，用于径向扭矩的极限值优选地基于所使用的工具接口及其尺寸来设置，但是依然优选地基于所确定的拉入力FE。

对于某些工具、某些工具接口或它们的尺寸，不同的极限数值可以在此指定，其也可以位于不同的数值且能够在工件加工期间同时被单独监控，如果需要的话，还利用不同的所存储的安全措施，其在超出相应的极限数值时可以/应该自动执行。极限数值还可以由操作者手动重新调整，例如通过调节在(所建议的，如果需要的话)图形用户界面上显示的极限数值，或者也通过选择待执行的适合的安全措施或者他们自己编程的安全措施。

例如，可以预先存储用于每个工具接口类型和每个接口尺寸(例如作为一查找表)的相应的分配数据，其基于拉入力指示临界弯矩或提升脱离的力矩，且如果需要的话，匹配(更小或相当小)径向力矩极限值，如果需要的话可由操作者进一步调整。

还可以指定或设置其他极限值，以保护主轴和/或主轴轴承，或者也包括工件。

当超过极限值时，控制装置适当地执行任意的安全措施，可以包括例如以下安全措施：

·向机床的操作者，例如通过图形用户界面，输出视觉和/或声音警告信号；

·减速和/或停止机床的一个、多个或所有进给轴的进给；

·降低工作主轴的主轴速度和/或停止机床的工作主轴；

·控制机床的进给轴以将工具从工件移开；和/或

·在机床上启动紧急停止。

在确定适当的极限值之后，如果需要的话，还根据操作者的指定或设置，或者甚至根据之前在测试操作中所确定的极限值(所谓的示教)，在步骤S315中开始工件加工。

在步骤S316中，可以通过连续或重复检索来自力传感器的传感器信号监控所确定的力的分布，以及确定或监控轴向作用的力或径向作用的弯矩的力的分布。

如果径向弯矩或轴向作用的力超过相应的极限值中的一个极限值(步骤S317为是)，那么控制装置将自动执行分配给极限值或参数的相应的安全措施，以保护主轴、工具和/或工件。

极限值在此也可以根据任意指定的极限数值表或基于进给速度或主轴速度的极限数值表来动态调整，例如随着速度提升而更高的极限值等等。

为了监控在加工工件时动态产生的轴向力的确定的正确性，在轴向上所测量的力可以在确定拉入力FE之后被校准为零或复位，以便能够利用更高的精度测量超出拉入力的轴向作用的力，且能够作为附加产生的轴向力而直接显示给操作者。

因此，本发明涉及在工件加工期间机床的主轴的夹紧系统上的径向扭矩或轴向力的有利动态监控，且有利地实现动态调整，可以根据工具指定、工具接口指定、工件指定的条件和取决于主轴状态的条件最佳地预设监控参数的极限值，以避免损坏主轴、主轴轴承、工具、工具接口和工件。

Claims (24)

1.一种用于监控数控机床的工作主轴的工具夹紧系统的方法，所述数控机床具有控制装置，所述控制装置在工具通过工具接口夹紧至所述工作主轴的所述工具接合架时，对利用借助于工具接口夹紧至所述工作主轴的工具进行加工的工件的加工进行控制，其中，所述工作主轴具有多个在所述工作主轴的工具接合架的承载区上的力传感器，且当所述工具通过所述工具接口夹紧在所述工作主轴的所述工具接合架时，所述力传感器的传感器数值被提供在所述控制装置上，

所述方法包括：

当所述工具通过所述工具接口夹紧至所述工作主轴的所述工具接合架时，根据所述力传感器所提供的所述传感器数值，确定在所述工具接合架的接触区处的力的分布，以及

当所述工具通过所述工具接口夹紧至所述工作主轴的所述工具接合架时，根据所确定的所述力的分布，在所述控制装置上监控所述工作主轴的所述工具夹紧系统，尤其是关于执行安全控制措施以防止在所述工件加工期间主轴损坏、工件损坏和/或工具损坏的需求。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

当所述工具夹紧在适当的位置时，尤其是在夹紧所述工具之后，根据所述力的分布确定作用在所述工作主轴的所述工具夹紧系统上的拉入力。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

将所确定的所述拉入力与一个或多个拉入力极限值进行比较，以及

在确定所确定的所述拉入力低于所述拉入力极限值的至少一个拉入力极限值时，执行安全控制措施。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

根据主轴速度、工具类型、工具尺寸、工具接口类型和/或工具接口尺寸设置或确定一个或多个拉入力极限值。

5.根据权利要求2至4中的任意一项所述的方法，其特征在于，

在所述控制装置的图形用户界面上输出所确定的拉入力。

6.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其特征在于，

在利用所夹紧的所述工具加工工件期间，根据所确定的所述力的分布确定动态作用在所述工作主轴的所述工具夹紧系统和/或所述工具上的轴向力，尤其是在利用所夹紧的所述工具加工工件期间。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

将所确定的所述轴向力与一个或多个轴向力极限值进行比较，以及

当确定所确定的所述轴向力超过所述一个或多个轴向力极限值中的至少一个轴向力极限值时，执行安全控制措施。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

根据所述拉入力、主轴速度、工具类型、工具尺寸、工具接口类型和/或工具接口尺寸设置或确定一个或多个轴向力极限值。

9.根据权利要求7或8结合权利要求2、3或4所述的方法，其特征在于，

根据所确定的所述拉入力设置或确定一个或多个轴向力极限值。

10.根据权利要求7至9中的任意一项所述的方法，其特征在于，

将所确定的所述轴向力输出至所述控制装置的图形用户界面。

11.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其特征在于，

根据所确定的所述力的分布确定在利用所夹紧的所述工具加工工件期间动态地作用在所述工作主轴的所述工具夹紧系统和/或所述工具上的径向扭矩，尤其是在利用所夹紧的所述工具加工工件期间。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，

将所确定的所述径向扭矩与一个或多个径向扭矩极限值进行比较，以及

当确定所确定的所述径向扭矩超出所述一个或多个径向扭矩极限值中的至少一个径向扭矩极限值时，执行安全控制措施。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，

根据所述拉入力、主轴速度、工具类型、工具尺寸、工具接口类型和/或工具接口尺寸设置或确定一个或多个径向扭矩极限值。

14.根据权利要求12或13结合权利要求2、3或4所述的方法，其特征在于，

根据所确定的所述拉入力或根据对应于所确定的所述拉入力的临界弯矩和/或提升脱离的扭矩，尤其是根据所述工具接口类型和/或工具接口尺寸，设置或确定所述一个或多个径向扭矩极限值。

15.根据权利要求11至14中的任意一项所述的方法，其特征在于，

在所述控制装置的图形用户界面上输出所确定的所述径向扭矩。

16.根据权利要求3、7和/或12中的任意一项所述的方法，其特征在于，

所述执行所述安全控制措施包括：

向所述机床的操作者输出视觉和/或声音警告信号，

减速和/或停止所述机床的一个、多个或所有所述进给轴的进给，

降低所述工作主轴的所述主轴速度和/或停止所述机床的工作主轴，

控制所述机床的所述进给轴以将所述工具从所述工件移开，和/或

在所述机床上启动紧急停止。

17.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其特征在于，

在将所述工具夹紧在所述工作主轴的所述工具接合架上之后，根据所述力的分布确定在所述工具接合架的所述承载区和所夹紧的所述工具的所述工具接口的相应的承载区之间是否存在任何影响夹紧情况的干扰物，尤其是灰尘或碎屑。

18.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其特征在于，

当根据所确定的所述力的分布确定影响所述夹紧情况的一个或多个干扰物存在于所述工具接合架的承载区和所夹紧的所述工具的所述工具接口的相应的承载区之间时，根据所确定的所述力的分布确定影响所述夹紧情况的存在于所述工具接合架的承载区和所夹紧的所述工具的所述工具接口的相应的承载区之间的一个或多个干扰物的位置。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，

所夹紧的所述工具的所述工具接口的所述承载区相对于所述工具接口的参考点划分成多个扇形区，

其中，在根据所确定的所述力的分布确定所述一个或多个干扰物存在的位置时，确定干扰物存在的所述工具接口的所述承载区的一个或多个扇形区。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，

所述工具接口的所述承载区的所述多个扇形区包括在所述工具接口的平面接触区上的多个扇形区，和/或

所述工具接口的所述承载区的所述多个扇形区包括在所述工具接口的锥形接触区上的多个扇形区。

21.根据权利要求18至20中的任意一项所述的方法，其特征在于，

所述控制装置布置为输出指示存在于所述工具接合架的承载区和所夹紧的所述工具的所述工具接口的相应的承载区之间的一个或多个干扰物的所确定的位置的位置数据。

22.根据权利要求18至21中的任意一项所述的方法，其特征在于，

将存在的所述一个或多个干扰物的所述所确定的位置输出至所述控制装置的图形用户界面。

23.一种控制装置，用于对通过借助于工具接口夹紧至数控机床的工作主轴的工具进行加工的工件的加工进行控制以及在工具通过工具接口夹紧至所述工作主轴的所述工具接合架时，监控所述机床的所述工作主轴的工具夹紧系统，其中所述工作主轴包括在所述工作主轴的工具接合架的承载区上的多个力传感器，且当所述工具通过所述工具接口夹紧在所述工作主轴的所述工具接合架上时，所述工作主轴的所述力传感器的传感器数值被提供在所述控制装置上，

所述控制装置配置为：

当所述工具通过所述工具接口夹紧至所述工作主轴的所述工具接合架时，根据所述力传感器所提供的所述传感器数值，确定在所述工具接合架的接触区处的力的分布，以及

当所述工具通过所述工具接口夹紧至所述工作主轴的所述工具接合架时，根据所确定的所述力的分布，在所述控制装置上监控所述工作主轴的所述工具夹紧系统，尤其是关于执行安全控制措施以防止在所述工件加工期间主轴损坏、工件损坏和/或工具损坏的需求。

24.一种计算机程序产品，包括使控制装置执行根据权利要求1至22中的任意一项所述的方法的命令，当通过控制装置的计算机执行所述程序时，用于在工具通过工具接口夹紧至数控机床的工作主轴时控制工件加工和用于在工具通过工具接口夹紧至所述工作主轴的所述工具接合架时监控所述机床的所述工作主轴的工具夹紧系统，其中所述工作主轴包括在所述工作主轴的工具接合架的承载区上的多个力传感器，且当所述工具通过所述工具接口夹紧在所述工作主轴的所述工具接合架上时，所述工作主轴的所述力传感器的传感器数值被提供在所述控制装置上。