本发明专利技术涉及一种用于控制用于在机床上加工工件的超声刀具单元的方法和装置。为此，在机床的控制装置的存储装置上存储多个参数集。当基于通过由控制器操作的发生器输入到控制器中的传感器信号，基于与超声刀具单元相关联并设置控制器的操作的第一参数集，控制容纳在机床的工作主轴上的超声刀具单元的超声换能器时，通过基于存储在存储装置上的多个参数集中的与超声刀具单元相关联的第二参数集，改变设置控制器的操作的第一参数集来切换控制器的操作设置。的操作设置。的操作设置。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】控制用于在机床上加工的超声刀具单元的方法和装置
[0001]本专利技术涉及一种用于控制用于在机床上加工工件的超声刀具单元的方法和装置。
[0002]专利技术背景
[0003]现有技术公开了机床，其中，当刀具加工工件时，刀具的旋转运动可以叠加刀具的超声波振动。
[0004]在这个背景下，EP1763416B1描述了一种刀具，该刀具包括刀具保持器，该刀具保持器在第一端具有用于适配旋转主轴鼻端的刀具保持器容纳部并且在与第一端相对的第二端具有刀具容纳部，并且包括刀具头，该刀具头可以插入到刀具容纳部中，其中该刀具保持器包括振荡马达。
[0005]在这样的机床中，刀具保持器中的超声波换能器产生刀具的超声波振动，振动体和插入刀具保持器中的刀具构成了一个振动系统，电信号引起该振动系统的机械振动，其中当振荡系统以其共振频率被激发时，可以获得最大可能的机械振荡振幅。
[0006]在这种情况下，出现的问题是共振频率可能会在加工操作过程中发生变化。究其原因，主要有三个方面的原因。一方面，振荡系统或其部件在加工过程中会升温，从而改变材料的特性。这导致谐振频率的温度漂移。另一方面，当刀具接触待加工的工件时，振动被加工力阻尼，其中，在阻尼振动的情况下，系统的共振频率低于系统的自由共振频率。
[0007]此外，通过将振荡系统耦合到工件形成新的耦合振荡系统，所述振荡系统的共振频率通常高于自由共振频率。在实践中，这三种效应会同时发生，哪种效应占主导地位取决于具体的加工情况。
[0008]还应该注意的是，除了谐振频率的偏移之外，功率的变化也很重要，因为由于刀具和工件之间的相互作用，可能需要更高的输出电压才能获得相同的功率。
[0009]如果使用自由共振频率进行激励，而在加工过程中系统的实际共振频率与此不同，则刀具的振荡振幅会较低，从而导致加工效率较低。
[0010]为此，重要的是检测振荡系统的共振频率的变化，以便能够相应地调节振荡参数，从而再次获得最大可能的振荡振幅。
[0011]已知的超声波焊接应用中，为此目的，从发生器的初始值确定系统的自由谐振频率和谐振频率的变化，这为刀具保持器中的压电驱动器提供用于机械振荡的电信号。从经由感应传输路径连接的振荡系统，发生器感测到电阻抗，该电阻抗取决于频率并且在机械共振频率处具有最小值。因此，在谐振频率发生偏移的情况下，发生器重新调节其频率，直到再次达到阻抗最小值。除了阻抗最小值的频率之外，阻抗值本身也会因处理操作而变化，即需要更高的输出电压来驱动相同的功率。
[0012]然而，这种方法不适用于机械加工，因为与超声波焊接不同，所采用的超声波发生器的阻抗曲线在插入刀具时要复杂得多。一方面，由于具有复杂形状的刀具具有许多不同的振荡模式，因此存在显著更多的阻抗最小值。另一方面，引起谐振频率偏移的影响变量具有更极端的影响，即频率偏移可能太大以至于跳过进一步的阻抗最小值。在整个焊接过程中，超声波发生器对工件施加几乎相同的压力。这导致在重复过程中相同的单个频率偏移，并且始终可以清楚地识别阻抗最小值。然而，由于刀具与材料的不同接合条件，在加工过程
中频率偏移不断变化，并且如上所述，仅通过阻抗测量通常不再可能实现映射。
[0013]这是因为使用了大量不同形式的刀具，例如具有不同尺寸的钻头和铣刀以及具有不同切削几何形状的切削刀具，这导致阻抗曲线的形状与超声波焊接相比具有更大的差异。此外，在加工操作中作用在振荡系统上的力通常明显更高，因此阻抗曲线的变化更加明显。
[0014]此外，由于焊接过程中处理步骤的重复，可以很好地预测主要的频移效应，这限制了系统可能的反应。同时，加工操作必须考虑所有影响，这就是为什么预测和/或限制控制参数的可能性是不够的。
[0015]此外，仅基于阻抗测量无法0将弯曲振荡等与轴向振荡模式区分开来。也有完全不产生任何振荡的纯电共振。这些寄生效应无法用已知方法检测到。
[0016]在基于发生器功率监测振荡时出现的另一个问题是，不知道功率的哪一部分确实进入振荡产生过程，而哪一部分进入其他过程，例如所涉及的部件的加热。因此，有可能没有检测到振荡的变化，因为尽管由发生器提供的用于产生振荡的功率部分会发生变化，但是由发生器提供的总功率不会发生变化。
[0017]为此，重要的是检测能够振荡的系统的共振频率的变化，以便能够相应地调节振荡参数，从而再次实现最大可能的振荡振幅。
[0018]鉴于上述考虑，在DE102015212809A1中描述了一种用于控制振荡系统的通用方法，特别是利用发生器的控制，通过确定所述谐振频率并在所述谐振频率的基础上进行控制。
[0019]基于上述现有技术并鉴于上述考虑，本专利技术的目的在于进一步开发通用的方法以提供改进的振荡控制系统更好地适应不同的加工条件。
[0020]特别地，本专利技术的目的是提供一种方法，该方法使得在各种或变化的加工条件下在工件的超声波加工中实现更高的加工精度成为可能。
技术实现思路
[0021]为了实现上述目的，提出了独立权利要求的主题。从属权利要求涉及根据本专利技术的方法或根据本专利技术的装置的有利的示例性实施例。
[0022]根据示例性实施例，提出了一种用于控制用于在机床上加工工件的超声刀具单元的装置，其包括控制装置，该控制装置用于，基于通过控制器操作的发生器输入到控制器的传感器信号，基于与超声刀具单元相关联并设置控制器的操作的第一参数集，控制容纳在机床的工作主轴上的超声刀具单元的超声换能器来加工工件。
[0023]该控制装置优选地包括用于存储多个参数集的存储装置。控制装置优选地被配置为通过，基于存储在存储装置上的多个参数集中的与超声刀具单元相关联的第二参数集，改变用于设置控制器的操作的第一参数集来切换控制器的操作设置。
[0024]根据优选的示例性实施例，控制装置被配置为在加工工件时切换控制器的操作设置。
[0025]根据优选的示例性实施例，控制装置被配置为当工件的加工类型改变时切换控制器的操作设置。
[0026]根据优选实施例，第一参数集与多种加工类型中的第一加工类型相关联，并且第
二参数集优选地与多种加工类型中第二加工类型相关联。
[0027]优选地，多种加工类型包括铣削和钻孔。
[0028]根据优选的示例性实施例，当机床上的超声刀具单元被另一超声刀具单元替换时，控制装置被配置为通过，基于与存储在存储装置中的多个参数集中的另一个超声刀具单元相关联的参数集，改变与机床上的超声刀具单元相关联的参数集来切换控制器的操作设置。
[0029]根据优选的示例性实施例，当机床上的超声刀具单元上的刀具被另一刀具替换时，控制装置被配置为通过，基于与存储在存储装置中的多个参数集中的另一刀具相关联的参数集，改变与刀具相关联的参数集来切换控制器的操作设置。
[0030]根据另一示例性实施例，提出了一种机床，其具有用于容纳超声刀具单元的工作主轴，和根据上述方面之一的用于控制用于在机床上加工工件的超声刀具单元的装置。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制用于在机床上加工工件的超声刀具单元的装置，包括：
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控制装置，所述控制装置用于，基于通过由控制器操作的发生器输入到所述控制器中的传感器信号，基于与所述超声刀具单元相关联并设置所述控制器的操作的第一参数集，控制容纳在所述机床的工作主轴上的所述超声刀具单元的超声换能器来加工工件，其特征在于，所述控制装置包括用于存储多个参数集的存储装置，以及所述控制装置被配置为通过，基于存储在所述存储装置上的所述多个参数集中与所述超声刀具单元相关联的第二参数集，改变设置所述控制器的操作的所述第一参数集来切换所述控制器的操作设置。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制装置被配置成在加工所述工件时切换所述控制器的所述操作设置。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述控制装置被配置成当所述工件的加工类型发生变化时切换所述控制器的所述操作设置。4.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于，所述第一参数集与多种加工类型中的第一加工类型相关联，并且所述第二参数集与所述多种加工类型中第二加工类型相关联。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述多种加工类型包括铣削和钻孔。6.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于，当所述机床上的所述超声刀具单元被另一个超声刀具单元替换时，所述控制装置被配置为通过，基于存储在所述存储装置上的所述多个参数集中与所述另一超声刀具单元相关联的参数集，改变与所述超声刀具单元相关联的参数集来切换所述控制器的所述操作设置。7.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于，当所述机床上的所述超声刀具单元上的刀具被另一刀具替换时，所述控制装置被配置为通过，基于存储在所述存储装置上的所述多个参数集中与所述另一刀具相关联的参数集，改变与所述刀具相关联的参数集来切换所述控制器的所述操作设置。8.一种机床，包括：
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用于容纳超声刀具单元的工作主轴，以及
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根据前述权利要求中的一项所述的用于控制用于...
【专利技术属性】
技术研发人员：海科，
申请(专利权)人：DMG墨睿超声波激光技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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