Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Ma tenalabhubgeschwindigkeit bei Bearbeitung von Teilen an einer Werkzeugmaschine sowie ferner eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Unter Materialabhubgeschwindigkeit versteht man bekanntlich eine in Gewichts-, Masse- bzw. Volumeinheiten ausgedrückte Materialmenge, die vom Bearbeitungswerkstück während einer bestimmten Zeiteinheit abgehoben wird.
Die Materialabhubgeschwindigkeit ist eine der wichtigsten Angaben, welche die spanabhebende Leistung nach der Materialabhubsmenge, den Zustand des Schneidwerkzeugs und indirekt eine Reihe anderer Parameter, z. B. die Schleiftemperatur in der Schnittzone, kennzeichnen.
Bekannt sind rechnerische Bestimmungsverfahren des Materialabhubs z. B. von Metall pro Zeiteinheit nach der Dauer der Spanabhebung und der Menge des Spanabhubs.
Der Spanabhub, d. h. die bei der Spanabhebung entfernte Materialmenge, wird bei einer bestimmten, vom Halbzeug zu entfernenden Menge rechnerisch bzw. durch Abwägen der nach der Bearbeitung angesammelten Spanmenge bestimmt.
Bekannt ist eine Messeinrichtung für die Materialabhubgeschwindigkeit beim Schleifen unter Verwendung spezieller Probekörper mit kalibriertem Querschnitt, welche mit konstanter Kraft an die Schleifscheibe herangedrückt werden.
Die Materialabhubgeschwindigkeit wird hier nach der Verschleissgeschwindigkeit des Probekörpers bestimmt. Diese Einrichtung ist zur Bestimmung der Schleifbarkeit der Stoffe sowie der Schnitteigenschaften der Schleifscheiben vorgesehen.
Die bekannten Verfahren sind nicht nur arbeitsintensiv, sondern, was sehr wesentlich ist, sie ermöglichen nur die Bestimmung des mittleren Wertes der Matenalabhubgeschwindigkeit, und zwar erst nach Beendigung des Arbeitsvorgangs, weshalb die Möglichkeit eines Eingriffes auf die laufende Arbeit nach diesem überaus wichtigen Parameter ausgeschlossen ist.
Folglich bieten die bekannten Verfahren und Einrichtungen keine Möglichkeit, die Momentanwerte der Materialabhubgeschwindigkeit unmittelbar während der Bearbeitung der Teile an Werkzeugmaschinen zu bestimmen.
Deshalb kann man die bekannten Einrichtungen nicht als Geber verwenden, welche die laufenden Momentanwerte der Materialabhubgeschwindigkeit ununterbrochen messen, und folglich ist auch eine automatische Steuerung des Arbeitsprozesses, d. h. eine anpassbare Steuerung, nach diesem Kennwert unmöglich.
Zweck der Erfindung ist somit die Schaffung eines Messverfahrens sowie einer Einrichtung zu dessen Durchführung, welche die Nachteile bestehender Ausführungen nicht aufweisen, und zwar derart, dass eine ununterbrochene Messung der Momentanwerte der Materialabhubgeschwindigkeit im Laufe des Bearbeitungsprozesses möglich ist, wobei ferner eine entsprechende Information in Form eines zur Übertragung, Messung und Umwandlung gut geeigneten elektrischen Signals gebildet wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Messen der Materialabhubgeschwindigkeit bei Bearbeitung von Teilen an einer Werkzeugmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass man den abgehobenen Span durch die Empfindlichkeitszone eines Messelements durchlässt, welches auf die Änderung der momentanen Dichte des durchgelassenen Spanflusses reagiert, und dass man dabei ein Signal erzeugt und misst, das zur momentanen Materialabhubgeschwindigkeit proportional ist.
Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei elektrische Elemente mit Blindwiderständen enthält, wobei die Empfindlichkeitszone des einen von ihnen, welches als Messelement dient, zum Durchlassen des abgehobenen Spanflusses ausgebildet ist, während das zweite Element als Stützelement bestimmt ist, und diese beiden Elemente am Eingang einer elektrischen Schaltung angeschlossen sind, an deren Ausgang ein erstes Registriergerät angeordnet ist, welches in Einheiten der Materialabhubgeschwindigkeit geeicht ist.
Da der Spanfluss während der Bearbeitung direkt in das Messelement geleitet wird, wo die Messung der momentanen Flussdichte erfolgt, entsteht die Möglichkeit, eine entsprechende Information über die momentane Materialabhubgeschwindigkeit zu erhalten.
Bei einer Ausführungsform der Einrichtung ist vorgesehen, dass die elektrische Schaltung eine Messbrücke enthält, an deren benachbarte Zweige die elektrischen Elemente angeschlossen sind, wobei die Messbrücke in der ersten Diagonale von einem Hochfrequenzgenerator mit Wechselspannung stabiler Frequenz und Amplitude gespeist ist, während der Verstärker in der zweiten Diagonale verbunden ist, der mit einem phasenempfindlichen Detektor und dem Registriergerät in Reihe geschaltet ist.
Mit der beschriebenen Einrichtung ist es möglich, eine ununterbrochene Information über den Momentanwert der Materialabhubgeschwindigkeit direkt im Laufe des Bearbeitungsprozesses in Form eines elektrischen Signals zu erhalten, wobei die Messgenauigkeit durch Anwendung von Differentialschaltungen wesentlich erhöht werden kann.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:
Fig. 1 eine Blockschaltung einer Einrichtung gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel, das sich auf Rundschleifen bezieht, und
Fig. 2 eine Variante zu Fig. 1.
In Fig. 1 sind ein Schleifstück 1, eine Schleifscheibe 2, ein Aufnahmetrichter 3 sowie zwei Induktionsspulen 4 und 5 dargestellt, welche als elektrische Elemente mit Blindwiderständen dienen, die gemeinsam mit Abstimmkapazitäten 6 und 7 Schwingungskreise von Hochfrequenz-Generatoren 8 und 9 bilden. Ferner sind ein Frequenzmischer 10, ein Verstärker 11, ein Frequenzdiskriminator 12, ein Mehrpositions-Empfindlichkeitsregler 13, ein Integrierblock 14, ein Integrationsgrenzwertregler 15, ein Zeigerregistriergerät 16, welches Momentanwerte der Materialabhubgeschwindigkeit angibt, und ein Registriergerät 17 gezeigt, welches die integralen und mittleren Werte der Metallabhubgeschwindigkeit beim Schleifen angibt.
Die als Messelement dienende Induktionsspule 4 wird an der Werkzeugmaschine derart angeordnet, dass der gesamte Spanfluss vom Werkstück 1, der durch die Schleifscheibe 2 abgehoben und vom Aufnahmetrichter 3 geleitet wird, durch eine Öffnung im Gestell dieser Spule 4 geht.
Der Generator 8, in dessen Schwingungskreis die Spule 4 eingeschaltet ist, erzeugt hochfrequenzte, elektrische Schwingungen, deren Frequenz f1 vom Induktionskoeffizienten der Spule 4 abhängt.
Da der Selbstinduktionskoeffizient der Spule 4 von der Dichte des Spanflusses abhängt, der die Empfindlichkeitszone der Spule 4 passiert, hängt auch die Schwingungsfrequenz fI des entsprechenden Generators 8 von der Dichte des beim Schleifen abgehobenen Spanflusses ab.
Der Generator 9 mit dem Schwingungskreis, der aus einer zweiten Spule 5 und der Kapazität 7 besteht, erzeugt elektrische Schwingungen einer Frequenz ff.
Von den Generatoren 8 und 9 gelangen die Schwingungen in den Frequenzmischer 10, an dessen Ausgang Schwingungen mit einer Frequenz F = f1-f2 entnommen werden.
Nach dem Verstärker 11 gelangen die Schwingungen der Frequenz F in den Frequenzdiskriminator 12, an dessen Ausgang ein Gleichstromsignal entsteht, das vom Registriergerät 16 gemessen wird, welches in Einheiten der Materialabhubgeschwindigkeit geeicht ist.
Die Empfindlichkeit des Frequenzdiskriminators 12 zur Frequenzänderung der elektrischen Schwingungen am Eingang wird vom Empfindlichkeitsregler 13 geregelt. Der Frequenzdiskriminator 12 ist mit dem Integrierblock 14 verbunden, dessen Integrations-Grenzwerte mit Hilfe des Grenzwertreglers 15 geregelt werden können. Am Ausgang des Integrierblocks 14 ist das zweite Registriergerät 17 eingeschaltet, welches in Einheiten der Materialabhubgeschwindigkeit geeicht ist und die integralen und mittleren Werte der Materialabhubgeschwindigkeit anzeigt.
Die Einrichtung arbeitet wie folgt:
Die Induktivitätsänderung der Induktionsspule 4, infolge einer veränderten Dichte des durch die Öffnung in derselben geleiteten Spanflusses, verursacht eine Änderung des Induktionswiderstandes im Stromkreis, der die Frequenz fl der vom Generator 8 erzeugten Schwingungen bestimmt, so dass sich die Frequenz F der Schwingungen am Ausgang des Mischers 10 ändert.
Die Änderungen der Frequenz F der Schwingungen werden vom Frequenzdiskriminator 12 in Spannungsänderungen verwandelt, deren Momentanwerte durch das Zeigerregistrier gerät 16, und die integralen sowie die mittleren Werte durch das Registriergerät 17 festgehalten werden.
Die Angaben des Zeigerregistriergerätes 16 sind von der Frequenz F und folglich von der Frequenz f1 der durch den Generator 8 erzeugten Schwingungen abhängig.
Die Frequenz der vom Generator 8 erzeugten Schwingungen hängt aber, wie oben erwähnt, von der Dichte des Spanflusses, und folglich auch von der Materialabhubgeschwindigkeit ab.
Demnach sind die Angaben des Zeigerregistriergerätes 16 vom Momentanwert der Materialabhubgeschwindigkeit, und die Angaben des Registriergerätes 17 vom Integralwert der Materialabhubgeschwindigkeit abhängig.
Um eventuelle Fehler auszuschliessen, die durch die Instabilität der Generatoren 8 und 9 entstehen können, müssen diese nach den gleichen Schemen zusammengebaut werden und nach Möglichkeit unter den gleichen Bedingungen arbeiten, weshalb Thermokompensationsvorrichtungen und ein Speisestabilisator vorgesehen sind.
Je mehr sich die Frequenz F von derjenigen f1 unterscheidet, desto geringer ist der Einfluss der eigenen Instabilität der Generatoren 8 und 9, so dass beispielsweise: f1 = fol f Fund f2 = f02 f = (f01 f), wobei fo1, f02 - die mittleren Frequenzwerte der von den Gene ratoren erzeugten Schwingungen; f, f - die Verschiebung der Frequenzen infolge der eigenen Instabilität der Generatoren; F - die Verschiebung der Frequenz des ersten
Generators, die durch den Spanteilchenfluss be stimmt wird; K - Koeffizient der relativen Verstimmung der Ge neratoren bei der mittleren Frequenz sind.
Dann ergibt sich, dass F = f1-f2 = f01 (1-K) (1-K) f F.
Es ist offenbar, dass je geringer die Differenz 1-K, d. h.
je näher der Wert von K an 1 herankommt, desto geringer äusserst sich der Einfluss der Instabilität der Generatoren 8 und 9 im Vergleich zur Nutzverschiebung der Frequenz F, und desto tiefer wird die Frequenzmodulation und stabiler und genauer wird das System, wodurch die Möglichkeit entsteht, abgehobene Materialteilchenflüsse von geringer Dichte zu kontrollieren.
In Fig. 2 sind ein Schleifstück 1, eine Schleifscheibe 2, ein Aufnahmetrichter 3 sowie die die elektrischen Elemente mit Blindwiderständen darstellenden Induktionsspulen 4 und 5, ein Frequenzverstärker 11, ein Empfindlichkeitsregler 13, ein Integrierblock 14, ein Integrations-Grenzwertregler 15, ein Registriergerät 16, das die Momentanwerte der Materialabhubgeschwindigkeit anzeigt, ein zweites Registriergerät 17, das die integralen und mittleren Werte der Materialabhubgeschwindigkeit anzeigt, dargestellt.
Ausserdem enthält diese Blockschaltung im Vergleich zu Fig. 1 neue Elemente, d. h. äusserlich gleich komplexe Widerstände 18 und 19, einen Generator 20 hochfrequenter Schwingungen, die nach Frequenz und Amplitude stabilisiert sind, sowie einen phasenempfindlichen Detektor 21.
Die Induktionsspulen 4 und 5 sind in benachbarten Zweigen einer Brückenschaltung angeschlossen, deren zwei andere Zweige äusserlich gleiche, komplexe Widerstände 18 und 19 bilden. Die Brückenschaltung wird durch eine von ihren Diagonalen mit Hochfrequenzspannung stabiler Frequenz und Amplitude vom Generator 20 gespeist. Von der anderen Diagonale der Brückenschaltung wird die Spannung der Gleichgewichtsabweichung entnommen, welche in den Verstärker 11 gelangt.
Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 11 kann mit Hilfe des Mehrpositions-Empfindlichkeitsreglers 13 geregelt werden. Der Ausgang des Verstärkers 11 ist an den phasenempfindlichen Detektor 21 angeschlossen, welcher auch mit dem Generator 20 verbunden ist.
Der phasenempfindliche Detektor 21 ist mit dem Zeigerregistriergerät 16, das die Momentwerte der Materialabhubgeschwindigkeit anzeigt, und durch den Integrierblock 14 mit dem Registriergerät 17 verbunden, welches die Integralwerte der Materialabhubgeschwindigkeit anzeigt. Die Integrationsgrenzwerte werden mit Hilfe des Grenzwertreglers 15 geregelt, welcher über einen entsprechenden Geber mit irgendeinem Organ der Werkzeugmaschine zur Messung der integralen Materialbhubgeschwindigkeit bei einer Umdrehung des Werkstücks 1 bzw. der Schleifscheibe 2, bei einem Gang des Tisches und dergleichen verbunden werden kann.
Die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung arbeitet folgenderweise.
Bei fehlendem Materialabhub wird die Brückenschaltung derart abgeglichen, dass das Zeigerregistergerät 16 Null anzeigt. Das Abgleichen der Brücke auf Null kann z. B. durch Regelung des Selbstinduktionsfaktors einer der Spulen 4 oder 5 erfolgen.
Beim Durchgang des Spanflusses durch den Hohlraum der Induktionsspule 4 ändert sich deren Induktivwiderstand, und es findet somit eine Gleichgewichts abweichung der Brückenschaltung statt. Die Spannung der Gleichgewichtsabweichung, welche bei der beschriebenen Abstimmung von der Dichte des Spanflusses sowie der Materialabhubgeschwindigkeit abhängig ist, wird im Verstärker 11 verstärkt, durch den phasenempfindlichen Detektor 21 gleichgerichtet und vom Zeigerregistriergerät 16 gemessen, das in Einheiten der Materialabhubgeschwindigkeit geeicht ist. Die integralen und mittleren Werte der Materialabhubgeschwindigkeit werden mit dem Registriergerät 17 gemessen.
Die vorliegenden Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens können für wissenschaftliche Forschungsarbeiten als Geber für die Materialabhubgeschwindigkeit bei anpassbarer Steuerung der Werkzeugmaschinen sowie für die Signalgabe zur automatischen Einstellung der Schleifscheibe verwendet werden.