DE2125426A1

DE2125426A1 - Method and circuit for monitoring cutting tools on processing machines

Info

Publication number: DE2125426A1
Application number: DE19712125426
Authority: DE
Inventors: Helmut 8500 Nürnberg. P Loy
Original assignee: Georg Mueller Kugellagerfabrik KG
Current assignee: Georg Mueller Kugellagerfabrik KG
Priority date: 1971-05-21
Filing date: 1971-05-21
Publication date: 1972-11-23

Description

Verfahren und Schaltung zur Überwachung von spnabhebenden Werkzeugen an Bearbeitungsmaschinen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von spanabhebenden Werkzeugen an Bearbeitungsmaschinen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.Method and circuit for monitoring chip-removing tools on processing machines The invention relates to a method for monitoring Cutting tools on machine tools and a device for implementation this procedure.

Spanabhebende Bearbeitungsprozesse wie Drehen, Fräsen, Bohren, Säen, Hobeln oder auch Rund- und Flachschleifen, lassen sich im Prinzip auf die Wirkung einer oder mehrerer Schneiden zurückführen, die relativ zum Werkstück bewegt werden. Die Lebensdauer oder Standzeit der Schneiden während des Bearbeitungsprozes ses ist aus verschiedenen Gründen begrenzt. Metallische Schneiden können deformiert werden, und zwar einerseits durch die Bildung von Aufbauschneiden, andererseits durch Herausreißen von Partikein und Sturnpfwerden durch Verschleiß. Nichtmetallische Schneiden (Schleifscheiben) können durch Einlagerung von Werkstoff zugesetzt werden. Werner werden durch den Verschleiß die Schneiden stumpf. Die genannten Schneidendeformatione-n können zu Störungen des Bearbeitungsprozesses führen; Längere Bearbeitungsdauer, Verringerung der Maßhaltigkeit und der Oberflächengüte, Verminderung der Rundheit bei zylindrischen Werkstücken usw. Machining processes such as turning, milling, drilling, sowing, Planing or circular and flat grinding can, in principle, have an effect return one or more cutting edges that are moved relative to the workpiece. The service life or service life of the cutting edges during the machining process is limited for various reasons. Metallic cutting edges can be deformed on the one hand through the formation of built-up edges, on the other hand by tearing out particles and becoming stubborn due to wear and tear. Non-metallic Cutting edges (grinding wheels) can be clogged by the storage of material. Werner's cutting edges become blunt due to wear. The mentioned edge deformations-n can lead to disruptions in the machining process; Longer processing time, Reduction in dimensional accuracy and surface quality, reduction in roundness with cylindrical workpieces etc.

Die technische Weiterentwicklung fUhrt zu immer höheren Genauigkeitsanforderungen an die mecilanische Ferigung, insbesondere an die Fertigung von austauschbaren Massenerzeugnissen (z. B. Walzlager). Andererseits wird die Prcduktlvität durch höheren Automatisierungsgrad gesteigert. Zun dritten werden in erhöhtem Maße ungelernte Arbeitskräfte beschäftigt. Dies wirft das Problem der rechtzeitigen Erkennung der oben aufgeführten Fehler auf. The technical advancement leads to ever higher accuracy requirements to mechanical manufacturing, especially to the manufacture of interchangeable mass-produced products (e.g. roller bearings). On the other hand, the product quality is enhanced by a higher degree of automation increased. Thirdly, unskilled workers are increasingly employed. This raises the problem of timely detection of the errors listed above on.

Bisher sind in der Praxis zwei Methoden bekannt, das Werkzeug zu regenerieren oder/zu überholen: 1. Werkzeug-Regenerierung (z. B. Nachschleifen des Drehstahls, Abziehen der Schleifscheihe) nach einer bestimmten Zeit bzw. So far, two methods are known in practice to use the tool regenerate or / to overhaul: 1. Tool regeneration (e.g. regrinding of the Turning tool, removing the grinding wheel) after a certain time or

maschinntaktzahl. Dieses Verfahren ist zwar autornatisierbar, um sicherzu gehen, muß jedoch die Periode kürzer als notwendig gewählt werden, so daß aus Sicherheitsgründen ein zu großer Werkzeugverbrauch eintritt. Ferner ist es bei diesem ver= fahren nicht möglich, auf externe oder interne Einflüsse, wie ein unvorhergesehenes Ausbrechen des Stahls zu reagieren. machine cycle rate. This procedure can be authorized to to be sure, however, the period must be chosen to be shorter than necessary so that too much tool consumption occurs for safety reasons. It is also at this procedure is not possible due to external or internal influences, such as an unforeseen one Breaking out of the steel to respond.

Hierdurch können aber große Mengen an Ausschuß entstehen. However, this can result in large amounts of rejects.

Dieses Verfahren setzt daher die Konstanz der Bearbeitungsbedingungen voraus und der Werkzeugverbrauch und die Regenerierungszeit sind größer als nötig. This method therefore sets the constancy of the machining conditions ahead and the tool consumption and the regeneration time are greater than necessary.

2. Werkzeugregenerierung nach subjektiver Bourteilung durch die Bedienungsperson. Das Werkzeug wird dann regeneriert, wenn mit menschlichen Sinne erkennbare Mängel auf treten: Sichtbare Veringerung der Oberflächengüte des Werkstückes, Auftreten von Rattermarken oder Brandflecken, sichtbares Blauanlaufen von Drehspänen und ähnliche subjektiv feststellbare Kriterien. Diese Methode läßt unvorhergesehene Deformationen des Werkzeugs unter Umständen noch erkennen. Die subjclctive Beurteilung durch die Bedienungsperson setzt Jedoch ein oroßes Maß an.Erfahrung voraus, das insbesondere bei Ungelerntem Personal nicht ohne weiteres vorauszusetzen ist. Dic Güte des Prdukts ist. also weitgehend von der Güte des Personals abhängig. Im übrigen treten die genannten Kriterien im Grunde immer zu spät auf, die so gefertigten Werkstücke werden also gegen Ende der Bearbeitungeperiode schlechter und stellen unter Umständen schon vor dem Erkennen des Fehlers Ausschuß dar. Ferner ist ein prinzipieller Nachteil dieser Methode die Abhängigkeit vom Menschen, der Prozeß ist also nicht voll auta=.atislerBar.2. Tool regeneration after subjective distribution by the operator. The tool is then regenerated if defects are recognizable with the human senses occur: Visible reduction in the surface quality of the workpiece, occurrence chatter marks or burn marks, visible bluing of turnings and the like subjectively ascertainable criteria. This method allows for unforeseen deformations of the tool may still be recognized. The subjclctive assessment by the However, the operator requires a great deal of experience, in particular with the unskilled Personnel is not to be assumed without further ado. The goodness of the product is. so largely dependent on the quality of the staff. in the Otherwise, the criteria mentioned always appear too late, those manufactured in this way Workpieces therefore deteriorate and become worse towards the end of the machining period may be scrap before the error is recognized. Furthermore, a principal disadvantage of this method is the dependence on people, the process is therefore not fully auta = .atislerBar.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zurunde, ein Verfahren und eine Schaltung anzugeben, mit denen es möglich ist, die unvermeidlichen Deformationen der Werkzeugschneiden und ihre Auswirkung auf das Werkstück bezûglich Maßhyaltigkeit, Oberflächengüte, Rundheit und bearbeitungszeit automatisch rechtzeitig zu erkennen undWMaßnahmen zur Wiederherstellung der normalen Schneidbedingungen einzuleiten. The present invention is therefore based on the object of a method and to specify a circuit with which it is possible to remove the inevitable deformations the cutting edge of the tool and its effect on the workpiece in terms of dimensional hygiene, Detect surface quality, roundness and machining time automatically and in good time andW initiate measures to restore normal cutting conditions.

Als Lösungsmöglichkeiten kommen hierfür in Frage: 1. Es ist möglich, als Kriterium für die Werkzeuoabaützun, die Schneidkraft auszunutzen. Diese Messung setzt aber eine Auftrennung des Kraftflusses und das Einsetzen eines Kraft-lIeßaufnehmers voraus. Dies ist aber eine verhältnismäßig aufwendige Lösungsmöglichkeit und es ist kaum möglich, derartige Einrichtungen nachträglich an vorhandenen Maschinen einzusetzen. Possible solutions for this are: 1. It is possible as a criterion for the tools to utilize the cutting force. This measurement but sets a separation of the force flow and the use of a force transducer in advance. But this is a relatively complex solution and it is hardly possible to retrofit such facilities on existing machines to use.

2. Xessung der Leistungsaufnahme des Antriebsmotors von Werkzeu-g oder werkstück. Dies stellt Jedoch ein sehr grobes Kriterium dar, das von äußeren Einflüssen, z. B. Netzspannungsseiiwankungen beeinflußbar ist.2. Measurement of the power consumption of the drive motor from tool or workpiece. However, this is a very rough criterion that external Influences, e.g. B. Netzspannungsseiiwücken can be influenced.

5. Temperaturmessung am Werkzeug oder Werkstück. hierzu muß jedoch ein Temperaturfühler angebracht werden, was stets Schwierigkeiten bereitet. Außerdem ist die Temperatur stark von den Kählverhältnissen abhängig.5. Temperature measurement on the tool or workpiece. this must, however a temperature sensor can be attached, which always causes difficulties. aside from that the temperature is strongly dependent on the cooling conditions.

Eine Energiebilanz der Vorgänge bei der spanabhebenden BearbeitRung setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen: Zerspanungsenergie; thermische Energie, Verlustwärme; Schwingungsenergie, mechanische Verlust3.Schwingungsenergie wird beim Zerspanungsvoroang in Form von Kdrperschall erzeugt, der sich als elastische Welle im Festkörper fortpflanzt. An energy balance of the processes during machining consists of the following components: cutting energy; thermal energy, Heat loss; Vibration energy, mechanical loss 3. Vibration energy is used in Zerspanungsvoroang generated in the form of impact sound, which is an elastic wave propagates in the solid state.

Eine theoretische Betrachtung und umfangreiche Messungen haben ergeben, daß während des Schleifprozesses infolge der gwoßen Zahl von Einzelschneiden auf dem Umfang der Schleifscheibe sehr hohe Frequenzen, und zwar im hohen Niederfequenz- und im Ultraschallbereich angeregt werden. Ferner wur,de festgestellt, daß bei spanabhebender Bearbeitung mit Einzelschneiden, z. b. A theoretical consideration and extensive measurements have shown that during the grinding process due to the large number of individual cutting edges the circumference of the grinding wheel very high frequencies, namely in the high low frequency and are excited in the ultrasonic range. It was also found that in the case of cutting Machining with single cutting edges, e.g. b.

beim Drehen, hohe Frequenzen im hohen NF-Bereich entstehen. Durch Messungen an vielen verschiedenen Bearbeitungsmaschinen ließ sich ferner nachweisen, daß mit zunehmender Deformation der Werkzeugschneiden die Zerspanungsenergie abnimmt, während die thermische und die Schwingungsenergie zanehmen. Dieser Effekt wird erfindungsgemäß -als Kriterium ausgenützt. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung von spanabhebenden Werkzeugen an Bearbeitungsmaschinen zeichnet sich daher dadurch aus, daß der Abnutzungsgrad des Werkzeugs unter Ausnutzung des vom Werkzeug und/oder Werkstück während der Beärbeitung abgegebenen Kbrperschallsignals überwacht wird.when turning, high frequencies in the high NF range arise. By Measurements on many different processing machines could also be demonstrated that with increasing deformation of the tool cutting edge the cutting energy decreases, while the thermal and the vibrational energy increase. This effect becomes according to the invention -used as a criterion. The inventive method for monitoring machining Tools on processing machines is therefore characterized by the fact that the degree of wear of the tool taking advantage of the tool and / or workpiece during machining output sound signal is monitored.

Die erfindungsgemäße Schaltung zur I)urchführung- dieses Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen am Werkstück und/oder Werkzeug angebrachten Schwingungsaufnehmer hoher Grenzfrequenz, durch den mechanische Schwingungen in elektrische Schwingungen umgeformt werden, dem ein Impedanzwandler, ein Bandpaß, ein Analogverstärker und ein Gleichrichter nachgeschaltet sind, durch einen dem Gleichrichter nachgeschalteten ersten Tiefpaß, dessen Grenzfrequenz vorzugsweise kleiner ist als die Taktfrequenz der Maseine, durch einen an den ersten Tiefpaß angeschlossenen ersten Komparator, dessen Sollwerteingabeeingang eine der maximal zulässigen Werkzeugabnutzung bzw. der maximal zulässigen Oberflächen-Fehlgestalt des Werkstücks analoges Signal zugeführt wird, und durch ein durch durch das schinentaktsignal gesteuertes Tor. The circuit according to the invention for implementing this method is characterized by a vibration sensor attached to the workpiece and / or tool high cut-off frequency, which converts mechanical vibrations into electrical vibrations be converted to an impedance converter, a bandpass filter, an analog amplifier and a rectifier are connected downstream by a rectifier connected downstream first low-pass filter, the cutoff frequency of which is preferably less than the clock frequency the Maseine, by a first comparator connected to the first low-pass filter, whose setpoint input is one of the maximum permissible Tool wear or the maximum permissible surface irregularity of the workpiece analog signal is supplied, and through a gate controlled by the rail clock signal.

Eine erhöhte Schwingungsamplitude des körperschalls signalisiert bei der erfindungsgemäßen Schaltung bei sonst konstant gehaltenen Bedingungen eine Derormation und den Verschleiß des Werkzeuges. Ein Kommando zum Werkzeugwechsel oder zum Abrichten der Schleifscheibe wird durch elektronische Meßwertverarbeitung daraus abgeleitet. An increased vibration amplitude of the structure-borne noise signals in the circuit according to the invention with otherwise constant conditions a Deformation and wear of the tool. A tool change command or for the dressing of the grinding wheel is done by electronic data processing derived from it.

Als besondere Vorteile des erfindungsg'emäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Schaltung lassen, sich anführen: 1. einsparung und Entlastung yon Bedienungspersonal, möglicher Einsatz von ungelerntem Personal; 2. Optimale Ausnützung der Werkzeuge, Einhaltung einer gleichmäßigen Schnittschärfe; 3. Erzielung einer gleichmäßigen Oberflachengüte der Werkstücke unabhängig von der subJektiven Einlétung des. Abzlehvorganges durch die Bedienungsperson, Vermeidung von Rattermarken und Brandflecken; 4. Verbesserung der Formgestalt von Zylinderflächon, Vermeidung oder Verminderung der Ausbildung von n-Ecken, z. B. Siebenecken. Damit auch Einsparung von Kontrollpersonal. As particular advantages of the process according to the invention and the Circuit according to the invention can be cited: 1. Savings and relief of operating personnel, possible use of unskilled personnel; 2. Optimal Utilization of tools, maintaining a uniform sharpness of cut; 3. Achievement a uniform surface quality of the workpieces regardless of the subjective Insertion of the removal process by the operator, avoidance of chatter marks and burn marks; 4. Improvement of the shape of the cylinder surface, avoidance or reducing the formation of n-corners, e.g. B. heptagons. This also means savings of control personnel.

Mittels vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung,die Gegenstand der weiteren Beschreibung und der Unteransprüche sind, ist es auf einfache Weise möglich, ein weiteres Signal zu erzeugen, wenn kein Werkstück zugeführt wurde, ferner ein Signal, welches das Zählen der effektiv bearbeiteten Werkstücke erinöglicht. By means of advantageous developments of the invention, the subject of the further description and the subclaims, it is in a simple manner possible to generate a further signal if no workpiece has been fed, furthermore a signal that enables the number of effectively machined workpieces to be counted.

Damit ist eine echte Kontrolle der Maschinenauslastung möglich (taktgesteuertes Zählen liefert falsche Ergebnisse). Schließlich kann ein viertes wichtiges Signal erzeugt werden, wen eine efährliche Maschinenstörung auftritt, die zu übermä.ßier eanspruchung oder zum Bruch des Werkzeuges führen-würde, wenn z. B. ein falsches Werkstück mit falschen Abmessungen versehentlich zugeführt wird. Dieser Fall ist zwar in der Praxis selten, hat jedoch, wenn er auftritt, schwere Zerstörungen zur Folge. An verschiedenen Meßwertausgängen können mittels Anzeigeinstrumenten, Reistrierschreibern, Oszillographen, Kopfhörern, Frequenzanalysatoren messungen vorgenommen werden und der Bearbeitungsvorgang kann in allen Einzelheiten registriert und analysiert werden.This enables a real control of the machine utilization (clock-controlled Counting gives wrong results). Finally, there may be a fourth important signal generated when a dangerous machine malfunction occurs that is too excessive stress or breakage of the tool would -would, if z. B. a wrong Workpiece with wrong dimensions is accidentally fed. This case is seldom in practice, however, if it does occur, it will cause severe damage Episode. At various measured value outputs, display instruments, recorders, Oscillographs, headphones, frequency analyzers measurements are made and the processing process can be registered and analyzed in detail.

Als Schwingungsaufnchmer können Meßwertaufnehmer für örperschall verwendet werden. Diese formen mechanische Schwingungen in elektrische Signale um. Der AuSnehmer, vorzugsweise ein Beschleunigungsaufnehmer soll möglichst nahe am Ort der Entstehung des KOrperschalls, nach Möglichkeit an, einem ruyhenden Objekt angebracht sein. Beispiele hierfür sind: Drehen: Am Drehstahl(hintere Planfläche) Fräsen, Bohren, Sägen: Am Terkstck Rundschleifen zwischen Spitzen: An feststehender Spitze Rundschleifen, spitzenlos: An Gleitschuh oder Leiste Flachschleifen: Am Werkstück Vorzugsweise wird bei bewegtem Werkzeug und besagtem Werkstück (z. B. Rundschleifen) der Schwingungsaufnehmer äber ein als Gleit-oder Stützschuh am Umfang oder an der Stirnfläche des wertstückes ausgobildetes Zwischenmedium mit ähnlichem Körperschall-Wellenwiderstand an das rotierende oder translatorisch bewegte Werkzeug angekoppelt. Dabei ist vorzugsweise der Zwischonraum zwischen Werkstück und Werkzeug durch ein flüssiges mdium ausgofüllt. Measurement sensors for structure-borne noise can be used as vibration sensors be used. These convert mechanical vibrations into electrical signals. The sensor, preferably an accelerometer, should be as close as possible to the Location of the formation of the structure-borne noise, if possible on a resting object to be appropriate. Examples are: Turning: On the turning tool (rear plane surface) Milling, drilling, sawing: On the workpiece, cylindrical grinding between centers: On the fixed Pointed cylindrical grinding, centerless: on the slide shoe or ledge Flat grinding: on the workpiece Preferably, when the tool is moving and the workpiece in question (e.g. cylindrical grinding) the vibration transducer over a sliding or support shoe on the circumference or on the Front surface of the value piece formed intermediate medium with a similar structure-borne sound wave resistance coupled to the rotating or translationally moving tool. It is preferred the space between the workpiece and the tool is filled with a liquid medium.

A nhand der in der beigefügten Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele wird. die Erfindung im folgenden naher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die Anbringung des Schwingungsaufnehmers beim Drehen; Fig. 2 dio Anbringung des Schwingungsaufnehmere beta Rundsohlelfen zwischen Spitzen; Fig. 3 die Anbringung des Schwingungsaufnehmers beim spitzenlosen Runds chl eif en; Fig. 4 eine erfindungsgemäß ausgebildete Schaltung; und Fig. 5 ein Meßschreiberdiagramm eines Schleif zyklus ' (Signalspannung in Abhängigkeit von der Zeit; In Fig. 1 ist ein Werkstiiqk 40 dargestellt, das mittels eines Drehstahls 41 bearbeitet wird. Dabei ist, der Schwingungsaufnehmer 42 an der Stirnfläche des Drehstahls 41~angebracht. With reference to the preferred shown in the accompanying drawing Embodiments will. the invention explained in more detail below. Show it: Fig. 1 the attachment of the vibration sensor when rotating; Fig. 2 dio attachment of the Vibration sensors beta round soles between tips; 3 shows the attachment of the vibration sensor for centerless cylindrical grinding; Fig. 4 shows one according to the invention trained circuit; and FIG. 5 is a plotter diagram of a grinding cycle '(Signal voltage as a function of time; in Fig. 1 a workpiece 40 shown, which is machined by means of a turning tool 41. Where is the vibration transducer 42 attached to the face of the turning tool 41 ~.

Fig. 2 zeigt ein Werkstilck 43, das zwischen Spitzen 45 mittels einer Schleifscheibe 44 bearbeitet wird. Der Schwingungs aufnehmer 46 ist hierbei an der Stirnfläche der festen Spitze angebracht. Fig. 2 shows a Werkstilck 43, which between tips 45 by means of a Grinding wheel 44 is processed. The vibration sensor 46 is here on the Fixed tip face attached.

Fig. 3 zeigt ein werkstück 48, das mittels einer Schleife scheibe 47 spitzenles rundgeschliffen wird. Dabei ist der Schwingungsaufnehmer 51 wirkungsmäßig Uber einen Gleitschuh 50 und ein flüssiges Medium 49, z. B. Schleifwasser, mit flüssiges Medium 49, z. B. Schleifwasser, mit dem Werkstück 48 dem Werkstück 48 verbunden. Fig. 3 shows a workpiece 48, the disk by means of a loop 47 tip is ground round. The vibration pick-up 51 is operative here Via a sliding shoe 50 and a liquid medium 49, e.g. B. grinding water, with liquid Medium 49, e.g. B. grinding water connected to the workpiece 48 to the workpiece 48.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Schaltung liefert ein Schwingungsaufnehmer 1 eine den mechanischen Schwingunlen analoge Wechselspannung, das Meßsignal. Diesem sind Störspannungen, hervorgerufen durch mechanische Störschwingungen von Motoren, Ventilen, Magneten und anderen Betätigungseinrichtungen, sowie elektrische Störeinstreuungen überlagert. Ein Impedanzwandler 2 paßt den gewohnlich hohen Innenwiderstand des Schwingungsaufnehmers 1 an die nachfolgenden Glieder an. Ferner ist bei dem Impedanzwandler 2 vorzugsweise eine logarithmische Verstärkungseinstellung vorgesehen. Ein Filter 3, vorzugsweise ein passiver oder aktiver Bandpaß, filtert den Hauptteil des Meßsignals, der vorliegend aus hohen Frequenzen ( 5 bis 50 kHz) besteht, aus, und befreit das Signal von den vorwiegend tiefer frequenten mechanischen Störsignalen (z. B. auoh 50 Hz Netzfrequenz) und von hochfrequenten elektrischen Störsignalen (Impuisstörungen HF-Sende). nin Analogverstärker 4 hebt das Meßsignal auf einen Pegel an, der an das nächste Gliedangepaßt ist. Ein Gleichrichter 5 richtet daE Signal nach einer bekannten Methode gleich (z. B. Effektivwert, arithmetischer Mittelwert oder Spitzenwert). Mit Hilfe eines nachfolgenden Tiefpasses 7 wird die Hüllkurve der Schwingung gebildet. Der aktive oder passive Tiefpaß 7 hat eine obere Grenzfrequenz, die groß ist gegenüber der Frequenz des Maschinentaktes. Mit anderen orten, die Zeitkonstante des äls Integrator wirkenden Tiefpasses ist klein gegen die Taktzeit. In the circuit shown in FIG. 4, a vibration sensor delivers 1 an alternating voltage analogous to mechanical vibrations, the measurement signal. This one are interference voltages caused by mechanical interference vibrations of motors, Valves, magnets and other actuating devices, as well as electrical interference superimposed. An impedance converter 2 fits the usually high internal resistance of the Vibration sensor 1 to the following links. Furthermore, the impedance converter 2, a logarithmic gain setting is preferably provided. One filter 3, preferably a passive or active bandpass filter, filters the main part of the measurement signal, the present from high Frequencies (5 to 50 kHz) consists of, and frees the signal from the predominantly lower-frequency mechanical interference signals (e.g. 50 Hz mains frequency) and high-frequency electrical interference signals (Impulse interference HF transmission). nin analog amplifier 4 raises the measurement signal to one Level that is matched to the next term. A rectifier 5 rectifies daE The signal is the same according to a known method (e.g. r.m.s. value, arithmetic mean value or peak value). With the help of a subsequent low-pass filter 7, the envelope curve formed by vibration. The active or passive low-pass filter 7 has an upper limit frequency, which is large compared to the frequency of the machine cycle. With other places that The time constant of the low-pass filter acting as the integrator is small compared to the cycle time.

An einem hinter dem Tiefpaß 7 angeschlossenen Ausgang 8 erscheint eine dem einzelnen Bearbeitungsvorgang entsprechende Hüllkurve, die mittels eines Zeigerinstrumentes oder eines Schreibers beobachtet werden kann. At an output 8 connected behind the low-pass filter 7 appears an envelope curve corresponding to the individual machining process, which is generated by means of a Pointer instrument or a scribe can be observed.

Ein IComparator 9 vergleicht den Istwert mit dem am Eingang 10 voreinsestellten Gleichspannungs-Sollwert. Uberschreitet der Ist- den Sollwert, so erscheint am Ausgang des Komparators 9 ein digitales Ausgangssignal. Der Komparator wirkt als analog-Digital-Wandler. Entsprechendes yilt für weitere Komparatoren der Schaltung, nämlich einen Komparator 11 mit einem Soliwerteingang 12 und einen Komparator 28 mit einem Sollwerteingang 29. Das Ausgangssignal des Komparators 9 wird in einem Digital-Schaltverstärker 16 verstärkt und an einem Ausgang 19 als Ausgangesignal abgegeben. Es kann in der Maschinensteuerung den entsprechenden Stellbefehl (ITothalt) einleiten. Der Komparator 11 ist parallel zum Komparator 9 geschaltet. An seinem Ausgang liegt ein Inverter 13, der das Ausgangssignal des Komparators -1*1 invertiert. Ein dem In verter 13 nachgeschaltetes Tor (UND-Glied) 14 wird nur geöffnet, wenn an seinem inGang 15 das Taktsignal anliegt. Mit 17 und 18 sind Di:'italverstärkor bezeichnet, die direkt an den Komparator 11 bzw. an das Tor 14 angeschlossen sind und zu Ausgän-gen 20 (Zäghlen) und 21 (Fehler Werkstückzufuhr) der Schaltung führen. An IComparator 9 compares the actual value with the one preset at input 10 DC voltage setpoint. If the actual value exceeds the setpoint, then appears at the output of the comparator 9 has a digital output signal. The comparator acts as an analog-to-digital converter. The same applies to further comparators in the circuit, namely a comparator 11 with a setpoint input 12 and a comparator 28 with a setpoint input 29. The output signal of the comparator 9 is in a digital switching amplifier 16 amplified and emitted at an output 19 as an output signal. It can be in the Machine control initiate the corresponding positioning command (ITothalt). The comparator 11 is connected in parallel to the comparator 9. There is an inverter at its output 13, which inverts the output signal of the comparator -1 * 1. In verter 13 Downstream gate (AND element) 14 is only opened if at its inway 15 the clock signal is present. With 17 and 18 are Di: 'italsteigerkor referred to, the direct to the comparator 11 or are connected to the gate 14 and lead to outputs 20 (counting) and 21 (workpiece feed error) of the circuit.

Das Ausgangssignal des Gleichrichters 5 wird in einem Tiefpaß 22 weiterverarbeitet, dessen obere Grenzfrequenz klein ist6 gegenüber der Maschinen-Taktfrequenz. Die Zeitkonstante ist groß gegen die Taktzeit. Die Ausgangsspannung dieses Tiefpasses (Ausgang 23) stellt die Hüllkurve der Signaispannung der einzelnen Bearbeitungsvorgänge dar, liefert also den Mittelwert. über1 eine lange Periode. Die Hüllspannung wird in einem Komparator 28 mit einem an seinem Sollwert-Eingang 29 eingegebenen Sollwert verglichen und über ein durch den Maschinentakt gesteuertes Tor 30 und einen Digitalverstärker 32 an einen Schaltungsausgang 33 (werkzeug-Regeneration) weitergegeben. The output signal of the rectifier 5 is in a low-pass filter 22 further processed, the upper limit frequency of which is low6 compared to the machine clock frequency. The time constant is large compared to the cycle time. The output voltage of this low pass (Output 23) represents the envelope curve of the signal voltage of the individual machining processes represents the mean value. over a long period. The envelope voltage becomes in a comparator 28 with a nominal value entered at its nominal value input 29 compared and via a gate 30 controlled by the machine cycle and a digital amplifier 32 passed on to a circuit output 33 (tool regeneration).

Die Analogspannung kleiner Zeitkonstante wird mittels des komparators 11 auf ein Über- oder Unterschreiten einer Spannuns geprüft, die am Anfang des normalen Bearbeitungszyklus auftritt. Der Sollwert 12 wird also kleiner gewählt als der kleinste Istwert während des Zyklus. 1 nfc1gedessen. wird vom Komparator 11 und damit am Ausgang 20 bei jedem Bearbeitungsvorgang ein Signal abgegeben. Dieses Signal entspricht der effektiven Stückzahl bzw der echten nschinenauslastung. The analog voltage with a small time constant is calculated using the comparator 11 checked for exceeding or falling below a voltage that was at the beginning of the normal Machining cycle occurs. The target value 12 is therefore chosen to be smaller than the smallest Actual value during the cycle. 1 nfc1 is from the comparator 11 and thus on Output 20 emits a signal with each processing operation. This signal corresponds the actual number of pieces or the real machine utilization.

Der aus den Schaltungselementen 13, 14, 18 und 21 bestehendo Zweig ist am Eingang 15 duroh den Maschinenta:t gcstcuert. The branch consisting of the circuit elements 13, 14, 18 and 21 is checked at entrance 15 through the machine control panel.

Das Taktsignal erfolgt während des bzw. im Maximum des Bearbeitungsvorganges. Wegen der Inversion durch den. Inverter 13 erscheint am Ausgang 21 ein Signal, wenn während des eigentlichen 3ea.rbeitunsvorganges kein Werkstück vorhanden ist. Das Siganl bedeutet also "kein werkstück", der Fehler kann optisch oder akustisch angezeigt werden.The clock signal occurs during or at the maximum of the machining process. Because of the inversion by the. Inverter 13 appears at output 21 if a signal no workpiece is present during the actual 3ea.working process. That Siganl means "no workpiece", the error can be indicated optically or acoustically will.

Die An:alogspannung großer Zeitkonstante, gebildet durch den als Integrator wirkenden Tiefpaß 22, WIRD im Komparator 28 mit dem am Eingang 19 eingegebenen Gleichspannungs-Sollwert verglichen. Dieser Sollwert wird derart geholt, daß er der Analogspannung entspricht, die am Ende des Bearbeitungszylklus auftritt. The an: alog voltage of a large time constant, formed by the as Integrator acting low-pass filter 22, IS in the comparator 28 with the input 19 entered DC voltage setpoint compared. This setpoint is fetched in such a way that it corresponds to the analog voltage that occurs at the end of the machining cycle.

Die Festlegung des Zyklus-Endes geschieht nach quantitaven, meßbaren Kriterien, wie z. B. der-oberen Toleranzgrenze der Formabweichung (z. B. Rundheit) oder 9berflächengüte. Ein Überschreiten des vorgewählten Sollwert es am Ende des Zyklus liefert, über/das Tor zusätzlich taktgesteuert wird, am Ausgang 33 des Verstärkers 32 ein Signal zur Regenerierung des Werkzeuges, z. B. Abziehen der Schleifscheibe, Auswechseln des Drehstahls im Revolverkopf und ähnliches.The end of the cycle is determined according to quantitative and measurable methods Criteria such as B. the upper tolerance limit of the form deviation (e.g. roundness) or surface finish. Exceeding the preselected target value occurs at the end of the Cycle supplies, via / the gate is also clock-controlled, at output 33 of the amplifier 32 a signal to regenerate the tool, e.g. B. honing the grinding wheel, Changing the turning tool in the turret head and the like.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Schwankungsbreite der Werkzeug-Regeneration z. B. Abziehen der Schleifscheibe, welche eine Schwankung der Meßsignal-amplitude am Beginn des Bearbeitungs-Zyklus verursacht' kompensiert werden. Ein analoger Meßwert-Speicher 24 speichert den nach einem mehrfachen der Zeit-Konstante aufgelaufenen Anfangswert der Analogspannung 23 duch ein von der maschinensteuerung geliefertes Stellsignal 26. In einer Quotientenschaltung 27 wird der QuNient aus dieser eingespeicherten Anfangsspannung und einem vorgewählten Faktor gebildet. Die Ausgangsspannung der Quotientenschaltung 27 erscheint als zollwert am Eingang 29 des Komparators 28. Die Wahl des Faktors () 1) bzw. des Quotienten (< 1) erfolgt nach denselben quantitativen Gesichtspunlzten wie oben die des Sollwertes 29. Nach Abgabe des Signals ''Werkzeug-ReOenerierullg'' am Ausgang 33 wird der Speicher 24 durch ein über seinen Eingang 25 eingegebenes Löschsignal gelöscht. In a further embodiment of the invention, the range of fluctuation the tool regeneration z. B. Honing the grinding wheel showing a fluctuation caused by the measurement signal amplitude at the beginning of the machining cycle will. An analog measured value memory 24 stores the after a multiple of the Time constant accumulated initial value of the analog voltage 23 by one of the machine control supplied control signal 26. In a quotient circuit 27 the QuNient from this stored initial voltage and a preselected factor educated. The output voltage of the quotient circuit 27 appears as an inch value at the input 29 of the comparator 28. The choice of the factor () 1) or the quotient (<1) takes place according to the same quantitative criteria as above that of des Setpoint value 29. After the signal `` Tool ReOenerierullg '' has been issued at output 33 the memory 24 is cleared by a clear signal input via its input 25.

Es ist auch möglich, insbesondere bei langen Zykluszeiten, die Meßwertverarbeitung digital vorzunehmen, insbesondere den Speichor und seine Produktbildung unter Vorsatz eines Analog-Digital-Wandlers als digitalen Mei3wertspeicher auszubilfien. It is also possible to process measured values, especially with long cycle times digitally, in particular the memory and its product formation with intent an analog-to-digital converter as a digital value memory.

Wegen des bei Werkzeugmaschinen üblichen rauhen Betriebs weraen ür die Schaltung vorzugsweise hochstabile Bauelemente verwendet. Die Elemente bestehen zweckmäßigerweise aus aktiven Elementen, vorzugsweise Ooperationsverstärkern. Because of the rough operation typical of machine tools the circuit preferably uses highly stable components. The elements exist expediently from active elements, preferably operational amplifiers.

Bezugszeichenliste Bezugszeichenliste Fig. 1 Bearbeitungsprozeß Drehen 40 Werketück 41 Drehstahl 42 Schwingungsaufnehmer Fig. 2 Bearbeitungsprozeß Rundschleifen zwischen Spitzen 43 Werkstück 44 Schleifscheibe 45 Spitzen 46 Schwingungsaufhehmer Fig. 3 Bearbeitungsprozeß Rundschleifen spitzenlos 47 Schleifscheibe 48 Werkstück 49 Flüssiges Medium, z. B. Schleifwasser 50 Zwischenmedium, z. B. Gleïtschuh 51 Schwingungsaufnehmer Fig. 4 Ausführunasbeispiel der Schaltung 1 Schwingungsaufnehmer, meoh. el. Wandler hoher oberer Grenzfrequenz, vorzugsweise >20 kHz 2 Impedanzwandler, Anpaßverstärker mit logarithmischer Verstärkungsregelung 3 Vorzugsweise Bandpaß, auch Hochpaß 4 Analog-Verstärker zur Pegelanhebung , u, U.List of reference symbols LIST OF REFERENCE NUMERALS Fig. 1 Machining process Turning 40 Work piece 41 Turning tool 42 Vibration sensor Fig. 2 Machining process Cylindrical grinding between centers 43 Workpiece 44 Grinding wheel 45 Centers 46 Vibration absorbers Fig. 3 Machining process cylindrical grinding centerless 47 grinding wheel 48 workpiece 49 Liquid medium, e.g. B. grinding water 50 intermediate medium, e.g. B. Slide 51 Vibration sensor Fig. 4 Exemplary embodiment of the circuit 1 vibration sensor, meoh. el. converter with high upper limit frequency, preferably> 20 kHz 2 impedance converters, Matching amplifier with logarithmic gain control 3 Preferably bandpass filter, also high-pass 4 analog amplifiers for level increase, u, u.

zusätzlich frequenzselektiv 5 Gleichrichter 6 Meßwertausgang Oszillograph, Frequenzanalysator Kopfhörer 7 Tiefpaß,oberer Grenzfrequenz entsprechende Zeitkonstante wesentlich kleinor als Maschinentakt 8 Meßwertausgang Zeigerinstrument, Schreiber 9 Komparator 10 Sollwerteingabe Fig. 4 11 Komparator 12 Sollwerteingabe 13 Inverter 14 Tor (UND-Glied) 15 Signal maschinentakt 16 Digital-Verstärker 17 Digital-Verstärker 18 Digital-Verstärker 19 Ausgangssignal Nothalt, Werkstückschlitten zurück 20 Ausgangssignal Zählen und Registrieren bearbeiteter Werkstücke zur Uberwachung Maschinenauslastung 21 Ausgangssignal kein Werkstück, Fehler Werkstück zufuhr 22 Tiefpaß, oberer Grenzfrequenz entsprechende Zeitkonstante wesentlich größer als Maschinentakt 23 Meßwertausgang Zeigerinstrupent, Schreiber 24 Mewertspeich'er, analog oder digital 25 Löscheingang Speicher 26 Stelleingang Speicher -27 Quotient enschaltung (Quptient <1), bestimmt am Ausgang die Sollwerteingabe 29 des Komparators 28 28 Komparator 29 Sollwerteingabe 30 Tor (UND-Glied) 31 Signal Maschinentakt 32 Digital-Verstärker 33 Ausgangssignal Werkzeug regenerieren. additional frequency-selective 5 rectifier 6 measured value output oscilloscope, Frequency analyzer headphones 7 low-pass filter, time constant corresponding to the upper limit frequency much smaller than machine cycle 8 measured value output pointer instrument, recorder 9 Comparator 10 Setpoint input Fig. 4 11 comparator 12 setpoint input 13 Inverter 14 Gate (AND element) 15 Signal machine cycle 16 Digital amplifier 17 Digital amplifier 18 Digital amplifier 19 Emergency stop output signal, workpiece slide back 20 Output signal Counting and registering processed workpieces for monitoring Machine utilization 21 Output signal no workpiece, workpiece feed error 22 Low-pass, upper limit frequency corresponding time constant significantly greater than Machine cycle 23 measured value output pointer instrument, recorder 24 measured value memory, analog or digital 25 delete input memory 26 control input memory -27 quotient circuit (Quptient <1), determines the setpoint input 29 of the comparator at the output 28 28 Comparator 29 Setpoint input 30 Gate (AND element) 31 Machine cycle signal 32 Digital amplifier 33 Regenerate tool output signal.

P a t e n t a n s p r ü c h eP a t e n t a n s p r ü c h e

Claims

PA T E N T A N S P R Ü 0 H E Procedure for monitoring machining Tools on processing machines, thereby g e k e n n n z e i c h -n e t that the degree of wear of the tool using the tool and / or workpiece The structure-borne noise signal emitted during processing is monitored.

2. Electronic circuit for monitoring cutting tools on processing machines, for performing 'the method according to claim 1,' g e-k E n n z é i c h n e t by a vibration sensor attached to the tool and / or workpiece (1) high cut-off frequency, which converts mechanical oscillations into electrical oscillations be converted to an impedance converter (2), a bandpass filter (3), an analog amplifier (4) and. a rectifier (5) are connected downstream through a rectifier (5) downstream first low-pass filter (22), through one to the first low-pass filter (22) connected first comparator (28), the setpoint input input (29) of which a the maximum permissible tool wear or the maximum permissible surface malformation of the workpiece analog signal is supplied, and by a through the machine clock signal The controlled gate (30).

3. A circuit according to claim 2, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the cutoff frequency of the first low-pass filter (22) is less than the clock frequency the machine.

4. A circuit according to claim 2 or 3, characterized in that g e -k e n n z. e i c It should be noted that an analog measured value memory 24) is connected to the first low-pass filter (22) is, which has a delete input (25) and a control input (26), and that the Measured value memory (24) is followed by a quotient circuit (27), the output of which to the setpoint input; be a <'ang (29) of the first comparator (28) connected is, with the help of which, after a multiple of the time constant, the quotient from the Output voltage of the first comparator (28) and a preselected factor formed will.

5. A circuit according to claim 2, 3 or 4, characterized in that g e -k e n n z e i c h n e 't that to den.Gleichrichter (5) a second low-pass filter. (7) connected is.

6. A circuit according to claim 5, thereby g e k e n n -z e i c h n e t that the cutoff frequency of the second low-pass filter (7) is greater than the clock frequency the machine.

37. Circuit according to claim 5 or 6, characterized in that g e k e n'n -z e i c n e t that a second comparator (9) is connected to the second low-pass filter, its setpoint input input (1o) a signal corresponding to an overload is fed.

8. A circuit according to claim 5, 6 or 7, characterized in that g e -k e n n z e i c h n e t that a third comparator (11) is connected to the second low-pass filter (7) whose setpoint input input (12) is analogous to the absence of a workpiece Signal is supplied.

9. A circuit according to claim 8, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the third comparator (11) an inverter (13) and on-by the machine clock signal controlled gate (14) are connected downstream.

10. A circuit according to claim 2, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t, that the impedance converter (2) consists of a matching amplifier with logarithmic amplification ratio consists.

11. A circuit according to claim 2, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the bandpass filter (3) works in the frequency range above 1 kHz, preferably 5 to 50 kHz.

12. A circuit according to claim 2, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the rectifier (5) calculates the arithmetic mean of the value supplied to it Tension forms.

Circuit according to Claim 2, characterized in that the vibration sensor (1) consists of an acceleration sensor with a high upper limit frequency consists

14. A circuit according to claim 1), characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the cut-off frequency of the acceleration sensor is above 20 kHz.

15. Circuit according to claim 2, characterized in that g e k e n nz e i c hn e t, that the tool and the workpiece through a slide shoe (507 and an intermediate medium (49) are connected to each other.

16. A circuit as claimed in claim 15, characterized in that it is g e k e n n -z e i c h n e t that the intermediate medium (49) consists of a liquid medium.