CN111941146A - 用于驱动虚拟传感器的方法、虚拟传感器以及机床 - Google Patents

用于驱动虚拟传感器的方法、虚拟传感器以及机床 Download PDF

Info

Publication number
CN111941146A
CN111941146A CN202010400758.XA CN202010400758A CN111941146A CN 111941146 A CN111941146 A CN 111941146A CN 202010400758 A CN202010400758 A CN 202010400758A CN 111941146 A CN111941146 A CN 111941146A
Authority
CN
China
Prior art keywords
virtual
time
energy consumption
tool
workpiece
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010400758.XA
Other languages
English (en)
Inventor
托比亚斯·布兰巴赫
凯文·邓斯
塞巴斯蒂安·施耐德
朱利安·苏曼
凯·布吕格
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Point 8 GmbH
Original Assignee
Point 8 GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Point 8 GmbH filed Critical Point 8 GmbH
Publication of CN111941146A publication Critical patent/CN111941146A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/401—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for measuring, e.g. calibration and initialisation, measuring workpiece for machining purposes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/20—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work before or after the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/28—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work before or after the tool acts upon the workpiece with compensation for tool wear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0952—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining
    • B23Q17/0961—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining by measuring power, current or torque of a motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0952—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining
    • B23Q17/0966—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining by measuring a force on parts of the machine other than a motor
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/002—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring the holding action of work or tool holders
    • B23Q17/005—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring the holding action of work or tool holders by measuring a force, a pressure or a deformation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/20—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring workpiece characteristics, e.g. contour, dimension, hardness
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37225—Tool holder, measure forces in chuck, tool holder
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37537—Virtual sensor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于运行用于确定机床(6)的刀架(4)、例如机床(6)的主轴的状态的虚拟传感器(2)的方法，该机床具有至少一个刀架(4)和至少一个可固定或被固定在刀架(4)处的刀具(8)，通过该刀具可由机器程序的运行加工工件(10)，且该机床具有至少一个包括至少一个传感器件(16)的控制单元(12)。

Description

用于驱动虚拟传感器的方法、虚拟传感器以及机床
技术领域
本发明涉及一种用于驱动(Betreiben)用于确定机床刀架的状态的虚拟传感器的方法、一种用于确定刀架的状态的虚拟传感器以及一种机床。
背景技术
在以机床工作的情形中，工件(也被称作半成品)通过机床的刀具被切削加工。在此，刀具被夹紧在机床的刀架、例如主轴中。
作用到刀架上、例如到主轴上的径向力(垂直于刀架转动轴的力)在加工工件的情形中取决于大量参数。这些力到对于机床而言可良好兼容上的限制是在设定用于加工工件的机器程序的情形中的主要标准。对于这些径向力而言的经确定的极限的持久或反复的超出可能导致刀架的损坏或毁坏。
在已知的机床的情形中，作用到刀架上的力的直接测量是麻烦的，因此在已知的机床的情形中作用到刀架上的径向力不被用于控制机床。此外，在其中通过安装额外的传感装置使得作用到刀架上的力的直接检测成为可能的机床是已知的。
这被证实是麻烦且成本密集的。
发明内容
本发明的一个实施例的目的是提出一种用于驱动虚拟传感器的方法、一种可通过这样的方法来驱动的虚拟传感器以及一种机床，通过该方法/通过该虚拟传感器/在该机床中使得作用到刀架上的力的检测变得容易。
该目的通过一种用于驱动用于确定机床的刀架(Werkzeughalter)、例如机床的主轴(Spindel)的状态的虚拟传感器的方法来实现，该机床包括至少一个刀架和至少一个可固定或被固定在刀架处的刀具(Werkzeug)，通过该刀具可由机器程序的运行(Ablaufen)来加工工件，且该机床具有至少一个包括至少一个传感器件的控制单元，该方法带有如下步骤：
a.检测工件、刀具、刀架和/或至少一个驱动轴的至少一个尤其取决于时间的物体数据、例如材料和/或几何形状；
b.检测工件、刀具、刀架和/或至少一个驱动轴的至少一个取决于时间的空间数据、例如相对于机床的惯性坐标原点的位置和/或定向；
c.检测刀架的至少一个取决于时间的运行数据、例如进给速度、转数或转动速度；和/或检测刀架和/或至少一个驱动轴的至少一个尤其构成力矩的电流强度；
d.通过控制单元的至少一个传感器件检测机器程序的一个或多个步骤的取决于时间的真实的总能量消耗(Gesamt-Energieaufnahme)；以及通过机器程序的虚拟模拟由控制单元基于经检测的物体数据、空间数据和运行数据计算一个或多个步骤的取决于时间的虚拟的总能量消耗；以及
e.至少由取决于时间的真实的总能量消耗和取决于时间的虚拟的总能量消耗的差通过控制单元确定或计算作用在刀架处的径向力。
通过使作用在刀架处的径向力由真实的总能量消耗和虚拟的总能量消耗的差通过控制单元实现，在机床处不设置额外的传感装置。由此，机床可紧凑地且低成本构造。
真实的总能量消耗可通过例如所需要的真实的电功率的简单的检测来确定。
“虚拟”作如下理解，即，为此不使用物理对象或构件，而是基于现存的测量系统和实时模拟实现的计算构成虚拟传感器。
通过根据本发明的方法，在机器程序的执行的任意时刻可检测作用在刀架处的力、尤其径向力。该检测可例如在机器程序变化的情形中实现或实时实现。
当刀架或布置在刀架处的刀具对着障碍物(例如工件)被移动时，较高的径向力在刀架处形成。通过刀具的旋转，在经良好设定的机器程序的情形中工件的与刀具重叠的材料被去除，其中，作用在刀架上的径向力较小。
在该方法的一种改进方案的情形中因此如下证实是有利的，当取决于时间的虚拟的总能量消耗至少包括由机器程序的运行的一个或多个步骤的、尤其不带有工件加工的、工件支架空转的计算出的取决于时间的虚拟的能量消耗和由机器程序的运行的一个或多个步骤的工件加工的取决于时间的虚拟的能量消耗构成的总和时。
如果这样，机器程序在空转的情形中以及在工件加工的情形中可被分开考虑。
此外，在最后所提及的方法的一种改进方案的情形中作如下设置，即，空转的取决于时间的虚拟的能量消耗在机器程序的运行的一个或多个步骤的情形中可由在空转中、尤其不带有工件加工的至少一个驱动轴的所需要的机械能量或由至少一个对于机械能而言的机器效率确定，且/或空转的取决于时间的虚拟的能量消耗在机器程序的运行的一个或多个步骤的情形中可由与在空转中的至少一个驱动轴的机械能对应的虚拟的热导出
Figure BDA0002489356740000031
确定。
通过确定机械能和与此对应的热导出，通过控制单元可以简单的方式计算出在转换机械能和热能的情形中至少在驱动轴处的能量消耗是多少。
增加的径向力尤其在非最佳设定的过程参数的情形中出现。这尤其由在刀具或者刀架的转数和/或进给速度与工件的被去除的材料体积之间的不利的比例得出。转数和进给速度在任意时刻可在机器处被测量和设定。
在已知的机床的情形中一般而言不实现确定工件的被去除的材料体积。如果这样如下在该方法的一种改进方案的情形中证实是有利的，当工件加工的取决于时间的虚拟的能量消耗包括在机器程序的过程的一个或多个步骤的情形中工件的取决于时间的虚拟的材料去除乘以工件的被去除的单位体积的对此必要的虚拟的能量消耗时。
对于材料去除而言所需要的能量成正比例于被去除的体积。在该方法的一种改进方案的情形中因此作如下设置，即，虚拟的材料去除(Materialabtrag)和工件的被去除的单位体积的对此必要的虚拟的能量消耗可存储在控制单元的存储器件中、是可匹配的且为了计算虚拟的总能量消耗是可调用的。
如果这样，被去除的体积和被去除的单位体积的对此所需要的能量消耗可存储在存储器件中且可通过控制单元来估计。
此外，在最后所提及的发明思想的一种改进方案的情形中作如下设置，即，存储在存储器件中或在控制单元中的材料去除和被去除的单位体积的对此必要的虚拟的能量消耗是可调整的且可分别匹配的。由此，可改善由机器程序的过程到过程的预测。
此外，在该方法的一种改进方案的情形中作如下设置，即，工件加工的取决于时间的虚拟的能量消耗额外地包括与工件的材料变量(Materialvariable)或材料常数(Materialkonstante)的相乘。
由此，可进一步改善计算出的虚拟的总能量消耗的结果。通过材料常数可简单地表示线性的关系。通过材料变量同样可推导出复杂的关系。
该结果可如下进一步得到改善，当作用在刀架处的径向力至少由取决于时间的真实的总能量消耗与取决于时间的虚拟的总能量消耗的差通过控制单元的计算额外地包括通过机器特定的校准因子或校准函数的校正时。
通过该校准因子，可简单地表示线性的关系。通过校准函数同样可推导出复杂的关系。
如果这样，对于机床而言普遍适用的根据本发明的方法可对于任意单独的机床而言被个性化地优化。
如下证实是有利的，当至少物体数据、空间数据和运行数据通过控制单元的至少一个传感器件的检测包括在控制单元中、尤其在控制单元的存储器件中的手动存储和/或由机器程序的自动存储时。
当至少物体数据、空间数据、运行数据的检测通过至少一个传感器件实现时，该方法可完全自动化地被执行。当至少物体数据、空间数据和运行数据的检测包括在控制单元中的手动存储时，可省去额外的传感装置。当至少物体数据、空间数据和运行数据的检测包括由机器程序的自动存储时，该方法可快速地设置且执行在机床处。
为了可经改善地计算虚拟的总能量消耗，在该方法的一种改进方案的情形中设置有刀具和/或刀架的经检测的物体数据的几何形状通过由数量为N的辅助元件的虚拟的辅助几何形状逼近和/或工件的几何形状通过在笛卡尔坐标系中的如下点云逼近，该点云的各个点规则地彼此间隔且尤其构成规则或不规则的格栅。
规则的格栅的使用使得数据的再处理变得容易。此外如下是可能的，即，各个点构成不规则的格栅。如果这样，使得该方法的完善成为可能，通过方法的完善尤其使得随机材料特性的考虑成为可能。
由此，刀具、刀架和工件的物体数据的真实几何形状可以简单的方式被传递到虚拟的周围环境中。
辅助元件可例如通过球来逼近，以便于可动用高性能的算法，通过其可计算出经简化的刀具几何形状和工件几何形状的切割数量。
经如此示出的工件的虚拟点云的点的间隔构成工件的最小可能的单位体积，其在工件通过刀具加工的情形中可借助于材料去除被移除。在最后所提及的方法的一种改进方案的情形中作如下设置，即，用于检测物体数据、空间数据和运行数据的时间间隔小于或等于工件的作为虚拟点云被逼近的几何形状的两个点的间隔除以刀具和/或刀架的进给速度；且/或机器程序的虚拟模拟的步骤的时间段包括该时间间隔。
由此可以简单的方式确定机器程序的虚拟模拟的步骤的时间间隔以及时间段，在其中该方法提供了最佳的结果。如果这样，各个先前所提及的方法步骤、尤其步骤a.至e.可重复地在该时间间隔的时间间隔中被执行。
为了在计算机器程序的虚拟模拟的情形中将虚拟环境保持最新，如下证实是有利的，当工件的取决于时间的虚拟的材料去除在虚拟模拟中均包括工件的虚拟点云的如下点时，这些点在时间段中与刀具的构成虚拟的辅助几何形状的辅助元件重叠，且当工件的虚拟的几何形状通过移除虚拟点云的与刀具的辅助元件重叠的点来匹配时。
如果这样，虚拟地匹配至少工件的先前经检测的物体数据。
此外，该目的通过一种用于确定机床的刀架、例如主轴的状态的虚拟传感器来实现，其可通过一种带有先前所提及的特征和工作步骤中的至少一个的方法来运行，该机床带有至少一个刀架、带有至少一个可固定或被固定在刀架处的刀具，通过该刀具可由机器程序的运行加工工件，且该机床带有至少一个包括至少一个传感器件的控制单元，通过该传感器件可检测取决于时间的真实的总能量消耗，且可计算出取决于时间的虚拟的总能量消耗，其中，作用到刀架上的径向力至少可由真实的总能量消耗与取决于时间的虚拟的总能量消耗的差通过控制单元计算出。
最后，该目的通过一种机床来实现，该机床包括至少一个带有至少一个先前所提及的特征的虚拟传感器且/或该机床可通过一种带有先前所提及的特征或步骤中的至少一个的方法来运行。
附图说明
本发明的另外的特征、细节和优点由附属的专利权利要求、由附图图示和该方法的优选的实施形式的下面的说明得出。
其中：
图1显示了针对机床的虚拟传感器的示意性侧视图；
图2显示了根据本发明的方法的示意性流程图。
附图标记列表
2.虚拟传感器
4.刀架
6.机床
8.刀具
10.工件
12.控制单元
14.驱动轴(Antriebsachse)
16.传感器件
100-104.方法步骤
具体实施方式
图1显示了针对总地设有附图标记2的虚拟传感器的示意性侧视图。该传感器用于确定机床6(在图1中仅部分被示出)的刀架4、例如主轴的状态。除了刀架4之外，机床6包括刀具8，通过该刀具可由存储在控制单元12中的机器程序的运行来加工工件10。此外，机床6包括至少一个传感器件16，通过传感器件16可由虚拟传感器2检测取决于时间的真实的总能量消耗，且通过取决于时间的虚拟的总能量消耗可将其计算出。
图2显示了示意性的流程图。在参照图1中所示出的机床6的部件的情形下，下面描述了用于运行用于确定机床6的刀架4的状态的虚拟传感器2的方法。在机床6处可运行机器程序。在此，该方法包括第一步骤100，在该步骤中工件10、刀具8、刀架4和/或至少一个驱动轴14的尤其取决于时间的物体数据是可检测的。该物体数据可包括例如材料和/或几何形状。尤其地，在步骤100中刀具8和/或刀架4的经检测的物体数据的几何形状可通过由数量为N的辅助元件的虚拟的辅助几何形状逼近；且/或工件10的几何形状可通过在笛卡尔坐标系中的如下虚拟点云逼近，该虚拟点云的各个点彼此规则地间隔且尤其构成规则的格栅。
在此处紧接着的步骤101中，检测工件10、刀具8和刀架4和/或至少一个驱动轴14的取决于时间的空间数据。空间数据可包括例如相对于机床的初始坐标原点的位置和/或定向。
在此处紧接着的步骤102中，刀架4的至少一个取决于时间的运行数据、例如进给速度、转数或转动速度是可检测的且/或刀架4和/或至少一个驱动轴14的至少一个尤其构成力矩的电流强度是可检测的。通过检测进给速度，例如在步骤102中可额外地检测如下时间间隔，在该时间间隔内可重复地执行在该方法中待执行的方法步骤。该时间间隔如此地来计算，即，包括工件10的作为虚拟点云被逼近的几何形状的两个点的间隔除以刀具8和/或刀架6的进给速度。由此可改善该方法的精度。
此外，在进一步的步骤103中可通过控制单元12的至少一个传感器件16检测机器程序的一个或多个步骤的真实的总能量消耗，且可由机器程序的虚拟模拟通过控制单元12基于经检测的物体数据、空间数据和运行数据计算出一个步骤或多个步骤的取决于时间的虚拟的总能量消耗。除了计算出的和检测的数据之外，例如借助于机器特定的校正因子的校正和/或对于工件加工而言计算出的虚拟的取决于时间的能量消耗借助于材料常数或材料变量的相乘是可优化的。
在此处紧接着的步骤104中，作用在刀架4处的径向力至少由取决于时间的真实的总能量消耗与取决于时间的虚拟的总能量消耗的差通过控制单元12是可确定或计算出的。
本发明的在上面的说明书中、在权利要求中以及在附图中所公开的特征不仅可单独地而且可以任意的组合在本发明以其不同的实施形式的实现中是重要的。

Claims (13)

1.一种用于驱动虚拟传感器(2)的方法，所述虚拟传感器(2)用于确定机床(6)的刀架(4)、例如机床(6)的主轴的状态，所述机床包括至少一个刀架(4)和至少一个可固定或被固定在所述刀架(4)处的刀具(8)，通过该刀具可由机器程序的运行来加工工件(10)，且该机床具有至少一个控制单元(12)，所述控制单元(12)包括至少一个传感器件(16)，所述方法带有如下步骤：
a.检测所述工件(10)、所述刀具(8)、所述刀架(4)和/或至少一个驱动轴(14)的至少一个尤其取决于时间的物体数据、例如材料和/或几何形状；
b.检测所述工件(10)、所述刀具(8)、所述刀架(4)和/或至少一个驱动轴(14)的至少一个取决于时间的空间数据、例如相对于所述机床(6)的惯性坐标原点的位置和/或定向；
c.检测所述刀架(4)的至少一个取决于时间的运行数据、例如进给速度、转数或转动速度；和/或检测所述刀架(4)和/或所述至少一个驱动轴(14)的至少一个尤其构成力矩的电流强度；
d.通过所述控制单元(12)的至少一个传感器件(16)检测所述机器程序的一个或多个步骤的取决于时间的真实的总能量消耗；以及通过所述机器程序的虚拟模拟由所述控制单元(12)基于经检测的物体数据、空间数据和运行数据计算所述一个步骤或多个步骤的取决于时间的虚拟的总能量消耗；以及
e.至少由取决于时间的真实的总能量消耗和取决于时间的虚拟的总能量消耗的差通过所述控制单元(12)确定或计算作用在所述刀架(4)处的径向力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，取决于时间的虚拟的总能量消耗至少包括由所述机器程序的运行的一个或多个步骤的、尤其不带有工件加工的、所述工件支架空转的计算出的取决于时间的虚拟的能量消耗，和由所述机器程序的运行的一个或多个步骤的工件加工的取决于时间的虚拟的能量消耗构成的总和。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述空转的取决于时间的虚拟的能量消耗在所述机器程序的运行的一个或多个步骤的情形中可由在空转中、尤其不带有工件加工的所述至少一个驱动轴(14)的所需要的机械能量或由至少一个对于机械能而言的机器效率确定；且/或所述空转的取决于时间的虚拟的能量消耗在所述机器程序的运行的一个或多个步骤的情形中可由与在空转中的至少一个驱动轴(14)的机械能量对应的虚拟的热导出确定。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述工件加工的取决于时间的虚拟的能量消耗包括在所述机器程序的运行的一个或多个步骤的情形中所述工件(10)的取决于时间的虚拟的材料去除乘以所述工件的被去除的单位体积的对此必要的虚拟的能量消耗。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，虚拟的材料去除和所述工件(10)的被去除的单位体积的对此必要的虚拟的能量消耗可存储在所述控制单元(12)的存储器件中、是可匹配的且为了计算虚拟的总能量消耗是可调用的。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述工件加工的取决于时间的虚拟的能量消耗额外地包括与所述工件(10)的材料变量或材料常数的相乘。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，作用在所述刀架(4)处的径向力至少由取决于时间的真实的总能量消耗与取决于时间的虚拟的总能量消耗的差通过所述控制单元(12)的计算额外地包括通过机器特定的校准因子或校准函数的校准。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，至少所述物体数据、空间数据和运行数据通过所述控制单元(12)的传感器件(16)的检测包括在所述控制单元(12)中、尤其在所述控制单元(12)的存储器件中的手动存储和/或由所述机器程序的自动存储。
9.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于所述刀具(8)和/或所述刀架(4)的经检测的物体数据的几何形状通过由数量为N的辅助元件的虚拟的辅助几何形状逼近；且/或其特征在于所述工件(10)的几何形状通过在笛卡尔坐标系中的如下虚拟点云逼近，所述虚拟点云的各个点彼此规则间隔且尤其构成规则或不规则的格栅。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，用于检测所述物体数据、空间数据和运行数据的时间间隔小于或等于所述工件(10)的作为虚拟点云被逼近的几何形状的两个点的间隔除以所述刀具(8)和/或所述刀架(4)的进给速度；且/或所述机器程序的虚拟模拟的步骤的时间段包括所述时间间隔。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述工件(10)的取决于时间的虚拟的材料去除在所述虚拟模拟中均包括所述工件(10)的虚拟点云的如下点，所述点在所述时间段中与所述刀具(8)的构成虚拟的辅助几何形状的辅助元件重叠，且所述工件(10)的虚拟的几何形状通过移除虚拟点云的与所述刀具(8)的辅助元件重叠的点来匹配。
12.一种用于确定机床(6)的刀架(4)、例如主轴的状态的虚拟传感器(2)，其可通过根据权利要求1至11中任一项所述的方法来运行，所述机床带有至少一个刀架(4)、带有至少一个可固定或被固定在所述刀架(4)处的刀具(8)，通过该刀具由机器程序的运行可加工工件(10)，且所述机床带有至少一个包括至少一个传感器件(16)的控制单元(12)，通过所述传感器件可检测取决于时间的真实的总能量消耗，且可计算出取决于时间的虚拟的总能量消耗，其中，作用到所述刀架(4)上的径向力至少可由真实的总能量消耗与取决于时间的虚拟的总能量消耗的差通过所述控制单元(12)计算出。
13.一种机床(6)，其包括至少一个根据权利要求12所述的虚拟传感器(2)且/或其可通过根据权利要求1至11中任何一项所述的方法来运行。
CN202010400758.XA 2019-05-15 2020-05-13 用于驱动虚拟传感器的方法、虚拟传感器以及机床 Pending CN111941146A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1020191127750 2019-05-15
DE102019112775.0A DE102019112775A1 (de) 2019-05-15 2019-05-15 Verfahren zum Betreiben eines virtuellen Sensors für das Bestimmen eines Zustands eines Werkzeughalters einer Werkzeugmaschine, virtueller Sensor für das Bestimmen eines Zustands eines Werkzeughalters sowie Werkzeugmaschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111941146A true CN111941146A (zh) 2020-11-17

Family

ID=73018889

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010400758.XA Pending CN111941146A (zh) 2019-05-15 2020-05-13 用于驱动虚拟传感器的方法、虚拟传感器以及机床

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11571778B2 (zh)
EP (1) EP3748443A1 (zh)
CN (1) CN111941146A (zh)
DE (1) DE102019112775A1 (zh)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1352556A (en) * 1970-02-17 1974-05-08 Kearney & Trecker Corp Machine tool having power driven transfer means
CN1955505A (zh) * 2005-10-26 2007-05-02 发那科株式会社 机器人用停止装置
CN101249569A (zh) * 2008-03-07 2008-08-27 合肥工业大学 能自主测量主轴受力的气浮主轴及测量方法
CN101701873A (zh) * 2009-11-13 2010-05-05 武汉理工大学 一种汽车发动机尾气余热热电转换台架试验装置及控制方法
CN101836169A (zh) * 2007-09-14 2010-09-15 哈恩和特斯基工件指数有限商业两合公司 用于显示真实机床动作的方法及虚拟机床
US7933679B1 (en) * 2007-10-23 2011-04-26 Cessna Aircraft Company Method for analyzing and optimizing a machining process
CN102981454A (zh) * 2012-11-01 2013-03-20 武汉华中数控股份有限公司 一种基于势能场及能量泛函优化的刀具轨迹路径产生方法
CN103076757A (zh) * 2011-10-26 2013-05-01 货泉机工株式会社 具有自动加工功能的智能型数控机床及其控制方法
CN104092410A (zh) * 2014-06-16 2014-10-08 浙江大学 加热型边界层控制减阻超精密磁悬浮导轨工作台系统及其方法
KR101473580B1 (ko) * 2013-08-30 2014-12-16 서울대학교산학협력단 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법
CN105196114A (zh) * 2015-11-05 2015-12-30 西安科技大学 基于小波分析和神经网络的刀具磨损实时在线监测方法
CN105945311A (zh) * 2016-05-18 2016-09-21 重庆大学 一种基于功率预测的数控机床进给系统调速方法
CN109754332A (zh) * 2019-01-08 2019-05-14 西北工业大学 基于切削力的机床铣削加工过程的能耗模型建模方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7536237B2 (en) * 2005-07-12 2009-05-19 Donald M. Esterling Sensor-based measurement of tool forces and machining process model parameters
DE102019107711A1 (de) * 2019-03-26 2020-10-01 Röhm Gmbh Verfahren zur Bestimmung der Spannkraft

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1352556A (en) * 1970-02-17 1974-05-08 Kearney & Trecker Corp Machine tool having power driven transfer means
CN1955505A (zh) * 2005-10-26 2007-05-02 发那科株式会社 机器人用停止装置
CN101836169A (zh) * 2007-09-14 2010-09-15 哈恩和特斯基工件指数有限商业两合公司 用于显示真实机床动作的方法及虚拟机床
US7933679B1 (en) * 2007-10-23 2011-04-26 Cessna Aircraft Company Method for analyzing and optimizing a machining process
CN101249569A (zh) * 2008-03-07 2008-08-27 合肥工业大学 能自主测量主轴受力的气浮主轴及测量方法
CN101701873A (zh) * 2009-11-13 2010-05-05 武汉理工大学 一种汽车发动机尾气余热热电转换台架试验装置及控制方法
CN103076757A (zh) * 2011-10-26 2013-05-01 货泉机工株式会社 具有自动加工功能的智能型数控机床及其控制方法
CN102981454A (zh) * 2012-11-01 2013-03-20 武汉华中数控股份有限公司 一种基于势能场及能量泛函优化的刀具轨迹路径产生方法
KR101473580B1 (ko) * 2013-08-30 2014-12-16 서울대학교산학협력단 절삭 가공 장치의 상태 진단 방법
CN104092410A (zh) * 2014-06-16 2014-10-08 浙江大学 加热型边界层控制减阻超精密磁悬浮导轨工作台系统及其方法
CN105196114A (zh) * 2015-11-05 2015-12-30 西安科技大学 基于小波分析和神经网络的刀具磨损实时在线监测方法
CN105945311A (zh) * 2016-05-18 2016-09-21 重庆大学 一种基于功率预测的数控机床进给系统调速方法
CN109754332A (zh) * 2019-01-08 2019-05-14 西北工业大学 基于切削力的机床铣削加工过程的能耗模型建模方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
沈磊;吴建华;: "基于统计能量分析的开关磁阻电机中高频振动预测方法", 中国电机工程学报, no. 30, 25 October 2009 (2009-10-25), pages 70 - 75 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20200361048A1 (en) 2020-11-19
DE102019112775A1 (de) 2020-11-19
EP3748443A1 (de) 2020-12-09
US11571778B2 (en) 2023-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6457468B2 (ja) バリ取り装置
JP5608036B2 (ja) 稼動履歴管理方法、及び稼動履歴管理装置
JP5234772B2 (ja) 工作機械の振動抑制方法及び装置
JP5793200B2 (ja) 工作機械の切削力検出装置、切削力検出方法、加工異常検出方法、および加工条件制御システム
US20140123740A1 (en) Working Abnormality Detecting Device and Working Abnormality Detecting Method for Machine Tool
JP2015097085A5 (zh)
JP5674859B2 (ja) 主軸を支持するベアリングの寿命を推定する機能を備えた数値制御装置
JP2019082836A (ja) 工具寿命予測装置
JP2018001301A5 (zh)
JP5734131B2 (ja) 回転速度表示装置
US9651936B2 (en) Machining method
JP6726579B2 (ja) 工作機械
KR20200031621A (ko) 전동 공구 및 전동 공구의 킥백 이벤트를 식별하기 위한 방법
CN111941146A (zh) 用于驱动虚拟传感器的方法、虚拟传感器以及机床
JP6611319B2 (ja) 切削負荷予測方法、切削負荷予測システム、及び切削負荷予測プログラム及び記憶媒体
JP2000235411A (ja) 加工情報を用いた数値制御装置
JP2021070138A (ja) 工作機械における主軸回転速度のモニタ装置及びモニタ方法、工作機械
JP2021070089A (ja) 工作機械における主軸回転速度のモニタ装置及びモニタ方法、工作機械
JP6490520B2 (ja) モータ駆動制御装置およびこれを備えた工作機械
JP2012056030A (ja) 工作機械
WO2010095668A1 (ja) 工作機械および加工方法
CN114993635B (zh) 铣刨刀具检测方法、检测系统、电子设备和铣刨机
JP2020093305A (ja) 工作機械、欠損検知方法、および欠損検知プログラム
KR100224862B1 (ko) 로봇 암의 캘리브레이션 장치 및 방법
TWI817798B (zh) 熱溫升的刀具健康度評估方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination