CN112602027A - 用于监测机床的方法、监测装置、机床和计算机程序产品 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于监测机床的方法，其中借助于控制计算机对工具的运动进行数控。所述方法包括以下方法步骤：‑在由参考目标值曲线(37)控制的工具的参考运动期间，记录与所述工具的运动有关的监测被测变量的参考测量曲线(38)，‑在由加工目标值曲线(22)控制的工具(3)的加工运动期间，记录所述监测被测变量的加工测量曲线(32)，其中由工具通过所述加工运动来对工件进行加工，‑基于参考目标值曲线(37)和加工目标值曲线(22)使参考测量曲线(38)和加工测量曲线(32)在时间上相关，以及‑形成参考测量曲线(38)和加工测量曲线(32)的差曲线(39)并监测差曲线(39)是否超出预定的极限值。所述方法可以借助于相应地配置的监测装置或机床来执行并且可以以计算机程序产品的形式实施。

Description

用于监测机床的方法、监测装置、机床和计算机程序产品
技术领域
本发明涉及一种用于监测机床的方法，其中借助于控制计算机对工具的运动进行数控。
本发明还涉及一种用于监测机床的装置、机床和用于执行所述方法的计算机程序产品。
背景技术
从DE 10 2016 114 631 A1中已知一种用于在组件中制造螺纹的方法。在已知的方法中，使用螺纹成形工具，所述螺纹成形工具在其面向组件的端部具有凹槽产生区域，当将工具引入芯孔中时，所述凹槽产生区域有助于在芯孔的壁中形成至少一个螺旋形凹槽。在凹槽产生区域的后面，在工具上形成有围绕工具轴线扭转的多个螺纹产生区域，当形成凹槽时，也就是说在凹槽产生运动期间，螺纹产生区域被引入到凹槽中。在将工具插入芯孔中之后，工具沿着与凹槽产生运动相反的方向旋转并且同时缓慢地向后移动。在此螺纹切削运动期间，螺纹产生区域离开凹槽并且在靠近凹槽的芯孔的壁中形成螺纹。当螺纹产生区域到达一个凹槽或下一个凹槽时，可以停止螺纹切削运动。在随后的剪切运动中，工具再次穿过凹槽进入芯孔中，以便剪切掉当切削螺纹并伸入凹槽时可能出现的任何切屑。然后，工具以复位运动再次向后移动，并且以重新切削运动来重新切削所产生的螺纹。重新切削运动沿着与螺纹切削运动相反的方向进行。因此，重新切削运动相对于螺纹切削运动而在相反的旋转方向上进行，同时缓慢地向前移动。当工具的螺纹切削区域再次到达一个或所述凹槽时，可以结束重新切削运动，并且可以通过缩回运动将工具从芯孔中退出。凹槽切削区域和螺纹切削区域通过凹槽而被引导到外部。
已知方法的一个优点在于，可以在螺纹切削中节省大量时间。但是，还没有发现可以可靠地监测工具质量并且从而监测所切削的螺纹的质量的方法。
其它数控机床(例如数控铣床、钻床、车床和磨床)也会出现类似的问题。
但是，在自动化生产中，能够可靠地监测加工过程尤为重要。
发明内容
因此，从此现有技术出发，本发明基于以下目的：建立用于监测机床的可靠方法，其中借助于控制计算机对工具的运动进行数控。本发明还基于以下目的：建立用于监测机床的装置、机床和用于执行所述方法的计算机程序产品。
此目的通过具有独立权利要求的特征的方法、监测装置、机床和计算机程序产品来实现。在从属权利要求中，详细说明了有利的配置和发展。
在用于监测机床的方法中，在由参考目标值曲线控制的工具的参考运动期间，记录与工具的运动有关的监测被测变量的参考测量曲线。此外，在工具的加工运动期间，记录所述监测被测变量的加工测量曲线，其中由工具通过所述加工运动来对工件进行加工。基于参考目标值曲线和加工目标值曲线使参考测量曲线和加工测量曲线成为时间关系。然后从参考测量曲线和加工测量曲线形成差曲线，并监测差曲线是否超出预定的极限值。由于差曲线基本上由作用在工具上的力确定，因此可以使用差曲线来可靠地监测工具的功能。
在所述方法的一个实施方案中，差曲线被分成其中使用了工具的不同功能区域的功能区段，并且针对不同的功能区段建立不同的极限值。以此方式，可以可靠地监测工具的各个功能区域。
通过使分配的参考目标值曲线和加工目标值曲线经受调整而使参考测量曲线和加工测量曲线成为时间关系，在所述调整中，参考目标值曲线与加工目标值曲线之间的相对时间距离被用作待确定的自由参数，并且使描述参考目标值曲线与加工目标值曲线之间的偏差的误差范数最小化。由于通常以相同的方式执行目标值曲线，因此可以使用目标值曲线来可靠地确定时间关系。
通常，将参考目标值曲线与加工目标值曲线之间的平方偏差的和用作误差范数。
为了考虑加工程序处理中来自目标值曲线的时间延迟，在参考目标值曲线中和加工目标值曲线中的调整之前确定参考目标值曲线和加工目标值曲线的相应区段，并且在参考目标值曲线中与分配的参考测量曲线中移除所述区段之间的至少一个过渡区段和/或在加工目标值曲线中和相关联的加工测量曲线中移除至少一个过渡区段，使得不同的延迟不会损害所述调整。
所述参考运动可以在工件外部进行。在此情况下，差曲线仅由作用在工具上的力确定，并且可以容易地且可靠地监测工具的功能。
另外，也可以在工件上通过新工具来执行所述参考运动。在此情况下，差曲线表示作用在工具上的力的变化。
在已经执行了大量的加工运动之后，可以重复所述参考运动从而重复记录参考目标值曲线，使得机床的逐渐变化不会影响到监测，并确保差曲线是作用在工具上的当前力的量度。
取决于机床，参考运动和加工运动可以包括工具的旋转运动和/或平移运动。
因此，所述监测被测变量可以是转矩或平移力。
加工目标值曲线和参考目标值曲线的目标值可以各自指示沿着预定路径的工具的位置，在加工运动和参考运动期间，工具沿着所述预定路径运动。这是因为工具执行的运动遵循精确限定的路径。当沿着所述路径运动时，外力会以某种方式装载工具。因此，工具的相应位置特别适合于使参考测量曲线和加工测量曲线成为时间关系。
特别地，由驱动电动机产生的旋转运动可以通过机床转换成工具的平移运动，并且驱动电动机的转矩可以用作监测被测变量。差曲线随后可以用于监测沿着平移方向作用在工具上的力。这是用于监测工具的功能的特别合适的措施。
为了使用户更容易掌握差曲线的值的物理含义，可以将差曲线的值从转矩值转换成力值并且可以基于所述力值来执行监测。
在所述方法中，当超出了预设的极限值时，可以触发用户能识别的警报和/或可以干预工具的运动。例如，工具的运动可以停止或反向进行。另外，可以减慢工具的运动，例如工具的旋转运动或工具沿着预定路径的运动，并且可以将由工具的加工引起的输入到工件中的能量保持在预定的极限值以下。
所述方法适用于监测使用不同工具的各种加工过程。例如，工具可以被设计成用于钻孔、螺纹切削、铣削、车削或磨削。
可以提供监测装置以用于执行监测方法，所述监测装置被布置成用于
-捕获监测被测变量，并且
-捕获已经由控制计算机产生并用于控制工具的运动的目标值，以及
-基于捕获到的监测被测变量和目标值来执行监测过程。
可以通过此类监测装置来对现有的机床进行改进。
此外，机床可以具有被布置成用于执行监测方法的控制计算机。
也可以以计算机程序产品的形式实施所述方法。然后，计算机程序产品含有命令，所述命令在计算机上执行时使计算机执行所述监测方法。
附图说明
本发明的进一步的优点和特性从参照附图详细描述了本发明的示例性实施方案的以下描述中变得显而易见。示出的是：
图1表示用于螺纹切削的数控机床，其中工具借助于可以通过主轴驱动进行旋转的主轴而沿着工具轴线的方向运动；
图2描绘了工件的加工期间沿着工具轴线方向的目标位置和主轴驱动的转矩的时间曲线的图式；
图3示出了传统的监测方法的图式；
图4示出了目标位置、对工件进行加工时的主轴驱动的转矩、参考过程期间的转矩以及差曲线的时间曲线的图式；
图5差曲线的放大表示；
图6表示加工过程和参考过程的目标值曲线的调整；
图7表示调整前的目标值曲线的准备；
图8表示齿轮的滚动磨削过程；
图9示出了目标位置、磨削齿轮时的转矩、参考过程期间的转矩以及差曲线的时间曲线的图式；
图10表示外部圆柱形磨削过程，例如轴；
图11示出了目标位置、磨削工件时的转矩、参考过程期间的转矩以及差曲线的时间曲线的图式；
图12表示表面磨削过程；以及
图13示出了目标位置、磨削工件时的转矩、参考过程期间的转矩以及差曲线的时间曲线的图式。
具体实施方式
图1示出了数控机床1。借助于机床1对工件2进行加工。为此，机床1具有工具3，所述工具例如可以是用于在工件2中切削螺纹的工具。工具3由使工具3旋转的工具电动机4驱动。应注意，工具3也可以是钻头或铣头。
在图1所示的示例性实施方案中，工具电动机4安装在主轴块5上，所述主轴块例如经由再循环滚珠轴承6附接到主轴7，并且可以沿着工具3的轴线的方向移动。主轴7由主轴电动机9经由齿轮8驱动，所述电动机使主轴7旋转并且以此方式使主轴块5沿着主轴7平移。
工具电动机4和主轴电动机9都连接到控制计算机10。控制计算机10是通常包括至少一个处理器、各种存储单元以及输出和输入单元的计算机。在控制计算机10上执行用于控制机床1的程序。特别地，控制计算机10将控制信号发送到工具电动机4和主轴电动机9，并且评估用于监测工具电动机4和主轴电动机9的传感器信号。为此，工具电动机4可以例如经由控制线11和传感器线12连接至控制计算机10。用于控制工具电动机4的驱动电流可以经由控制线11进行传输。沿着相反的方向，来自速度传感器13的测量信号可以例如经由传感器线12传输到控制计算机10。速度传感器13记录由工具电动机4每单位时间执行的转数，并且将结果输出为旋转速度n(转数/时间)。如果已知旋转速度n，则也已知角速度ω＝2πn。由于从施加于工具电动机4的电压U和由工具电动机4汲取的电流I已知由工具电动机4传递的功率P，因此如果已知角速度ω，则可以确定转矩M(P＝UI＝Mω)。
主轴电动机9以对应的方式经由控制线14和传感器线15连接至控制计算机10。主轴电动机9可以经由控制线14而供应有驱动电流。可以基于主轴电动机9所汲取的电流和施加于主轴电动机9的电压来确定主轴电动机9所汲取的主轴电动机9的瞬时功率，正如在已知旋转速度的情况下可以确定主轴电动机9的瞬时转矩。
转数计数器16的测量值可以经由传感器线15传输到控制计算机10。利用这种转数计数器16，可以通过对从起始位置开始的转数的数值进行计数来确定主轴块5的速度和位置两者。
控制计算机10可以经由一个或多个数据线17连接到显示单元18。经由数据线17，可以利用数据交换协议(例如用于以太网、现场总线(Profibus)或所谓的多点接口(＝MPI)总线的通用协议中的一个)来交换数据。
监测计算机19也可以经由数据线17连接到控制计算机10，所述监测计算机像控制计算机10一样通常也包括至少一个处理器、各种存储单元以及输出和输入单元。在监测计算机19上执行用于监测机床1的程序。此程序原则上也可以由控制计算机10执行。在这方面，监测计算机19不是绝对必要的。
根据从DE 10 2016 114 631 A1中已知的加工方法，机床1可以借助于工具3用于在芯孔20中形成螺纹。此处使用作用在工具3上的有效力21来监测工具3的功能。此有效力21沿着工具3的纵向轴线(也就是说沿着图1所示的z轴)作用。下面详细描述由监测计算机19执行以监测有效力21的监测方法。
但是，为了更好地理解监测方法，首先应参照图2更详细地说明监测机床1时遇到的困难。图2示出了其中随时间绘制的用于工具3的位置的加工目标值曲线22的图式。工具3的位置此处将理解为沿着主轴7的工具3的位置。工具3的位置也可以由主轴电动机9为了将主轴块5并且从而将工具3从零位置移动到特定位置而必须执行的转数的数值来表示。当然，所述位置也可以表示为零位置和特定位置之间的线性长度距离。为了简单起见，下面仅提及z位置。
z位置的目标值由控制计算机10指定并且借助于在控制计算机10中实施的控制装置来执行。这通常是本领域技术人员本身已知的级联控制器，其中位置偏差由外部控制回路控制，主轴电动机4的速度由中间控制回路控制，并且主轴电动机4的转矩由内部控制回路控制。
在图2中还用虚线标记了一连串时间t1至t9。在时间t1至t3之间执行插入运动23，通过所述插入运动将工具3插入芯孔20中。时间t1是开始时间，并且时间t3是工具到达最大深度的时间。在插入运动23期间，工具3在时间t2撞击工件2。因此，插入运动23可以被细分为时间t1和时间t2之间的靠近运动24以及时间t2和时间t3之间的凹槽切削运动25。在凹槽切削运动25期间，借助于工具3的凹槽产生区域而在芯孔20的壁中形成至少一个螺旋形凹槽。
凹槽切削运动25之后是缩回运动26，在所述缩回运动中工具稍微向后移动。在时间t3和t4之间，缩回运动26之后是螺纹切削运动27，在所述螺纹切削运动中，工具3的螺纹产生区域离开相应的凹槽并在芯孔20的壁中切削螺纹。为此，工具沿着与凹槽切削运动25相反的方向旋转，并且根据待形成的螺纹的螺距略微退回。一旦螺纹产生区域到达一个凹槽或下一个凹槽，螺纹切削运动27就结束。这是时间t5处的情况。
在时间t5和t6之间的随后的剪切运动28中，工具3再次穿过凹槽进入芯孔20中，以便剪切掉当切削螺纹并伸入凹槽时可能出现的任何切屑。然后在时间t6和t7之间的复位运动29中，工具3再次向后移动，并且在时间t7和t8之间的随后的重新切削运动30中重新切削所产生的螺纹。重新切削运动30沿着与螺纹切削运动27相反的方向进行。因此，重新切削运动30相对于螺纹切削运动27而在相反的旋转方向上进行，同时略微向前运动。当工具3的螺纹切削区域再次到达一个凹槽或所述凹槽时，可以在时间t8结束重新切削运动30，并且可以通过缩回运动31将工具3从芯孔20中退出。在所述过程中，工具3的凹槽切削区域和螺纹切削区域通过凹槽被引导到外部。
图2所示的图式还示出了当执行由目标值曲线22控制的加工方法时，由控制计算机10记录并由监测计算机19读出的加工转矩曲线32。
加工转矩曲线32的负值示出了工具3沿着z方向朝向工件2的加速度或者逆着z方向的向后运动的减速度。加工转矩曲线32的正值意味着沿着z方向的运动减速或者逆着z方向的运动加速。在插入运动23期间，工具3例如从时间t1开始沿着z方向强烈加速。在工具3在时间t2碰到工件2之后不久到达加工转矩曲线32的最小值，也就是说转矩的最大值。在凹槽切削运动25期间，加工转矩曲线32朝着正值急剧上升。一旦加工转矩曲线32的符号在零交叉处改变，则工具3沿着z方向的运动减速，并且从时间t3开始逆着z方向加速以便执行缩回运动26。
已经发现，监测加工转矩曲线32在实践中是不够的。因此，如图3所示，可以设想在记录加工转矩曲线32之后，限定下限曲线33和上限曲线34，加工转矩曲线32必须处于所述下限曲线和所述上限曲线之间。然而，在加工转矩曲线32的陡峭的梯度区域中，如果将下限曲线33和上限曲线34放置为使得下限曲线33和上限曲线34围绕加工转矩曲线32形成恒定厚度的带，则下限曲线33和上限曲线34之间的距离会太大。在此情况下，不能可靠地检测出陡峭的梯度区域中的偏差。或者，到加工转矩曲线32的距离被选为沿着纵坐标恒定。在加工转矩曲线32的大梯度区域中，经常出现不正确的误差信息，因为加工转矩曲线32中的小移位导致超出下限曲线33和上限曲线34。
使用分配的下限值35和上限值36来监测加工转矩曲线32的极值也被证明用于监测工具3的质量是不够可靠的。这是因为许多变量影响加工转矩曲线32：除了齿轮和轴承中的摩擦力之外，惯性力也起着重要的作用，因为在机床1中，大质量的物体会移动。这些变量的变化与作用在工具3上的力的变化叠加，并且以此为基础可以基本上监测工具3的功能。这是因为当工具3磨损时，由于机床1根据加工目标值曲线22移动工具3，因此作用在工具3上的力改变。因此，当工具3磨损时，需要比使用新工具3更大的力。然而，作用在工具3上的力显著小于惯性力和摩擦力，因此无法基于主轴电动机9上记录的加工转矩曲线32来容易地确定所述力。
现在，图4示出了另一图式，其中除了已经在图2和3中示出的加工转矩曲线32之外，还示出了基于参考目标值曲线37记录的参考转矩曲线38。此参考转矩曲线38优选地在不对工件2进行加工的情况下由控制计算机10记录为空气转矩曲线，并且由监测计算机19读出。例如，工具3可以移动到距工件2足够大的距离处，并且在那里对应于参考目标值曲线37而在空中执行参考运动。参考目标值曲线37对应于加工目标值曲线22，在实践中可能具有下文更详细地说明的偏差。参考转矩曲线38的记录可以按照周期性的间隔而重复。
使用下面更详细地描述的方法将参考转矩曲线38和加工转矩曲线32彼此相减，并且以此方式计算出差曲线39。
由于加工转矩曲线32是在工件2的加工期间记录的，而参考转矩曲线38是在没有工件2的情况下记录的，因此差曲线39仅取决于作用在工具3上并抑制工具3在工件中2运动的力。对应地，仅在工具3在时间t2进入工件2之后，差曲线39才偏离零。由于加工转矩曲线32和参考转矩曲线38各自指示主轴电动机9的转矩，并且主轴7的旋转通过再循环滚珠轴承6而转换成平移运动，因此抑制工具3在材料中运动的抑制力是有效力21。可以从由主轴电动机9施加的转矩M而根据公式F＝2πM/s计算出有效力21，其中s是主轴电动机9旋转一圈期间主轴块5沿着主轴7覆盖的路径。
在图5中，再次放大示出了差曲线39。从图5可以看出，参考转矩曲线38具有明显的局部极值，可以通过设置下限值40和上限值41来监测所述局部极值的大小。如果差曲线39降到下限值40中的一个以下或超过上限值41中的一个，则监测计算机19识别出错误并且至少将其写入错误日志中。必要时，监测计算机19通过将相应的控制命令从监测计算机19发送到控制计算机10而在显示单元18上造成错误显示或影响工具3的运动。这些控制命令可以对应于借助于显示单元18而产生并传输到控制计算机10的控制命令，例如用于使机床1停止的控制命令。
极限值40和41可以沿着差曲线39分布为使得差曲线39的不同功能区段被覆盖。在凹槽切削运动25期间，决定性因素是工具3的凹槽切削区域的功能。对于螺纹切削运动27，工具3的螺纹切削区域也很重要。以此方式，可以监测工具3的不同功能区域。
极限值40和41的监测预先假定了加工转矩曲线32和参考转矩曲线38没有在时间上相对于彼此移位，因为否则的话，差曲线39就是不正确的。因此必须使开始时间t1一致。
为了使加工转矩曲线32和参考转矩曲线38在时间上彼此相关，可以使用加工目标值曲线22和参考目标值曲线37。特别地，可以使用最小平方偏差的方法通过监测计算机19来使加工目标值曲线22和参考目标值曲线37叠合。此需要的时间移位ΔT是加工目标值曲线22与参考目标值曲线37之间的相对时间间隔的测量。监测计算机19因此也可以确定相关联的加工转矩曲线32和参考转矩曲线38之间的相对时间间隔。图6示出了相应的方法。
加工目标值曲线22和参考目标值曲线37是特别合适的，因为它们的路线几乎相同。控制计算机10通常是能够实时控制机床1的运动过程的计算机。通过将由控制计算机10处理的运动命令的列表来指定待执行的运动，控制计算机10依次处理这些命令。例如，第一运动命令可以启动插入运动23的执行。随后的第二运动命令可以启动缩回运动26。始终以相同的方式执行运动命令：因此，基于各个运动命令产生的目标值曲线的部分区段始终相同。插入运动23、缩回运动26、螺纹切削运动27、剪切运动28、复位运动29、重新切削运动30和缩回运动31的目标值曲线的子区段对于各种目标值曲线始终相同。然而，控制计算机10可能必须在执行运动命令之间执行其它任务，并且在执行运动命令之间出现不同长度的延迟Δtn。
为了改进对加工目标值曲线22和参考目标值曲线37之间的时间间隔的确定，可以在图6所示的调整过程之前将加工目标值曲线22和参考目标值曲线37中的延迟Δtn从加工目标值曲线22和参考目标值曲线37中移除，如图7中所示。这可以通过以下方式实现：在目标值曲线的区段之间指定过渡区段42，并且在目标值曲线和相关联的转矩曲线中将所述过渡区段移除。通过确定对应于运动命令的相应目标值曲线的区段来指定过渡区段42。然后，过渡区段42作为其间的目标值曲线区段而产生。
应注意，来自目标值曲线22和37的随机控制偏差不应产生大于来自差曲线39的容许偏差的差曲线39值。在这方面，下限值40和上限值41将依据最大控制偏差而设置为使得(如果可能的话)不会随机地产生不正确的误差信息。但是，在正常情况下不会出现显著的随机控制偏差。如果确实出现了来自目标值曲线22和37的控制偏差，那么这是由于出现了反映在差曲线39中的额外力，这是期望的效果。
此处，已经描述了监测方法，其中参考转矩曲线38是空气转矩曲线。另外，还可以例如使用工具3的新副本来记录替代性参考转矩曲线。但是，在此情况下，由于作用在工具3上的力也包括在参考转矩曲线中，因此监测会更加困难。加工转矩曲线32和替代性参考转矩曲线之间的差曲线也像差曲线39的情况那样不会显示有效力21，而是显示有效力21的变化。但是，应注意，替代性参考转矩曲线不仅可以用来代替参考转矩曲线38，而且还可以额外地使用。在此情况下，不仅记录并监测有效力21，而且还记录并监测有效力随时间的变化。
此处还结合加工方法描述了监测方法，使用所述加工方法可以在工件3的芯孔20中形成螺纹。但是，此处描述的监测方法原则上也可以应用于其它加工方法，在所述加工方法中，工具以平移和/或旋转的方式运动。例如，监测方法也可以用于监测钻孔、车削或铣削过程。通过这些方法，可以确定并且必要时监测沿着平移轴线的有效力和/或绕着相应机床的旋转轴线的有效转矩以及有效力或有效转矩的组合。
在钻孔方法的情况下，例如，可以确定并监测沿着钻孔工具的纵向轴线作用的有效力和/或作用在钻孔工具上的有效转矩。
在铣削过程中，不仅可以确定z方向上沿着铣头的纵向轴线作用的有效力，而且还可以确定沿着x或y方向横向作用在铣床的铣头上的有效力。取决于运动方向，横向作用在铣头上的力可以从不同的、不断变化的方向作用在铣头上。因此，如果此力的量是根据沿着横向作用在铣头上的力的x和y轴作用的力分量来计算的，并且如果监测横向作用的力的量是否超过或未达到某些极限值，则可能是有利的。在某些情况下，例如仅在某一方向上铣削时，仅监测一个力分量也可能是有用的。
在车削过程中，由夹紧工具夹持的工件被设置为绕着z轴旋转并且借助于车削工具而被车削，可以确定并监测沿着进给方向(即，沿着z方向)在车削工具上的有效力和/或沿着x和y方向的有效力或由这些力分量构成的总力。
此处描述的监测方法也可以用于磨削过程。
图8示出了滚动磨削过程期间工件2和工具3的布置。在图8中，工件2是紧固到机床1的齿轮轴44的螺旋齿形的齿轮43。齿轮轴44可以绕着旋转轴线45旋转，所述旋转轴线有时也称为B轴。
工具3由绕着旋转轴线47旋转的成型砂轮46形成，所述旋转轴线有时也称为C轴。在磨削过程期间，砂轮沿着z轴执行线性运动48。与在图1所示的机床的情况下一样，线性运动48可以借助于主轴驱动而进行。齿轮43的齿面通过磨削过程被切削。
图9示出了其中绘制了加工目标值曲线22、参考目标值曲线37、加工转矩曲线32、参考转矩曲线38和差曲线39的图式。对于加工目标值曲线22和参考目标值曲线37，可以在磨削过程期间选择砂轮46的位置，特别是旋转轴线47(C轴)沿着z轴的位置。对于加工转矩曲线32和参考转矩曲线38，既可以使用引起砂轮46绕着旋转轴线47(C轴)旋转的转矩，也可以使用作用在用于使砂轮46的旋转轴线47(C轴)沿着z轴线性移动的主轴(图8中未示出)上的转矩。
加工目标值曲线22和参考目标值曲线37分为三个区段。在时间t1和t2之间的启动阶段49期间，砂轮46以高进给速率沿着z轴移动较大的进给距离。在启动阶段49期间，在时间t1发生砂轮46和齿轮43之间的第一接触。材料移除最初较低，并且随着砂轮46靠近齿轮43而不断增加。必须驱动砂轮46的转矩或引起旋转轴线47(C轴)的线性运动的转矩也相应地增加。在时间t2和t3之间的贯穿阶段50中，沿着z轴的线性运动的进给速率减小。在贯穿阶段50期间，旋转轴线47(C轴)大致在齿轮43上方居中。在贯穿阶段50期间，砂轮46和齿轮43之间的接触区域最大。相应地，加工转矩曲线32和参考转矩曲线38各自通过最大值，所述最大值也以量的方式反映在差曲线39的最大值中。这意味着在贯穿阶段50期间在齿轮43上执行的磨削功率也承担最大值。退出阶段51跟随在时间t3和t4之间。在退出阶段51期间，由于通过砂轮46的材料移除越来越少，因此进给速度再次提高。在时间t4之后，砂轮46和齿轮43之间不再有任何接触。
图10示出了使用外部圆柱形磨削的过程。在此情况下，工件2是例如夹持于固持器中的圆轴52，所述固持器允许圆轴52绕着轴线53(B轴)旋转。为了磨削圆轴52，所述圆轴52绕着轴线53旋转并且以线性运动54移动，所述线性运动沿着z轴朝向绕着旋转轴线47(C轴)旋转的砂轮46进行。
图11是示出了加工目标值曲线22、参考目标值曲线37、加工转矩曲线32、参考转矩曲线38和差曲线39的图式。对于加工目标值曲线22和参考目标值曲线37，可以使用砂轮46的旋转轴线47(C轴)与圆轴52的轴线53(B轴)之间的沿着z轴的相对距离。对于加工转矩曲线32和参考转矩曲线38，可以使用引起砂轮46绕着旋转轴线47(C轴)旋转的转矩，或者可以使用引起圆轴52绕着轴线53旋转的转矩，或者用于执行线性运动54的主轴(图10中未示出)的转矩。
现在又将加工过程分为不同的阶段。在时间t1和t2之间的靠近阶段中，圆轴52朝向砂轮46移动。在时间t2，砂轮46和圆轴52之间存在接触。在时间t2和t3之间的随后的阶段涉及粗加工56，其中圆轴52在相对较大的距离上并且以相对较高的速度朝向砂轮46移动。粗加工56从圆轴52上移除了许多材料。
在时间t3和t4之间以短进给距离和低进给速度沿着砂轮46的方向进行精加工57。在精加工47期间，仅从圆轴52移除少量材料。
图12示出了表面磨削的过程，其中使用砂轮46来磨平工件2。工件2相对于砂轮46执行线性运动58。
图13示出了具有加工目标值曲线22、参考目标值曲线37、加工转矩曲线32、参考转矩曲线38和差曲线39的关联图式。作用在砂轮46上的转矩或者用于使工件2以线性运动58移位的主轴(未示出)上的转矩可以用来记录加工转矩曲线32和参考转矩曲线38。
再次，将加工过程分为不同的阶段。在时间t1和t2之间的启动阶段59中，砂轮46开始与工件2形成接触并且逐渐从工件2移除材料。在贯穿阶段60期间，穿过工件2直到砂轮46在时间t3开始离开工件2为止。在退出阶段61期间，砂轮46仍然从工件2移除剩余的材料，直到在时间t4砂轮46和工件2之间不再有任何接触为止。在启动阶段59和退出阶段61中，进给速率比贯穿阶段60期间的进给速率高。应注意，在贯穿阶段60期间所覆盖的距离显著大于在启动阶段59和退出阶段61期间所覆盖的距离。
在图8至图13所示的磨削过程的情况下，存在特殊的特征，即通常使用油来冷却砂轮46，将油注入砂轮46的孔中。在磨削过程期间从工件2移除此油。这产生有效摩擦力。可以通过记录工件2上的相应的参考转矩曲线38来消除此有效摩擦力，但是不移除材料。然后，在记录加工转矩曲线32时和在记录参考转矩曲线38时都出现有效摩擦力，并且因此所述有效摩擦力不包括在差曲线39中。
差曲线39的确定在这个程度上是有利的，因为差曲线39是由砂轮46在工件上的摩擦引起的能量输入的量度。如果M是相应的转矩，ω是相关联的角速度，则每单位长度的能量输入变为ΔE/Δz＝M·ω/vz，其中vz是沿着z轴的进给速率。为了确定局部传输的能量，可能还必须考虑砂轮46和工件2之间的接触区域的大小。
以此方式，似乎有可能防止工件2上的磨削烧伤。工件因所谓的磨削烧伤而热损坏。磨削烧伤可能导致工件2中某些区域的再硬化或软化或者导致微结构的变化。在所有情况下都无法用肉眼看到磨削烧伤，并且可能大大地减少成品工件2在其相应功能中的使用寿命。
如果在磨削期间差曲线39的值超出某些极限值，则可以停止加工过程。原则上也可以设想，当超出或接近某些极限值时，减慢沿着z方向的运动和/或降低轮毂46的旋转速度，从而减少能量输入并防止磨削烧伤。有利的是，切换到参考目标值曲线和参考转矩曲线也可用的操作模式。
应注意，在修改的实施方案中，可以并行地记录并监测用于不同驱动的若干加工转矩曲线32和参考转矩曲线38；例如，在图8至图13所示的磨削过程中，并行地记录了用于沿着z轴的运动的相应主轴驱动的转矩和用于驱动砂轮46的转矩并且监测其是否超出预定的极限值。
还应注意，一般来说，驱动通常始终是带有转矩的机动驱动。在线性驱动的情况下，将必须考虑线性作用的力而不是转矩。
在此处描述的示范性实施方案中，控制计算机10和监测计算机19是分开的物理单元。这提供了优点，即可以用监测计算机19来改进现有的机床1。然而，也可以将控制计算机10和监测计算机19组合在单个物理计算单元中，例如在设计为计算机的显示单元中。
例如，此处描述的方法也可以在计算机程序产品中实施，所述计算机程序产品安装在控制计算机10上并在那里执行。当处理器随后处理计算机程序产品的代码时，执行此处描述的监测方法。在一个示范性实施方案中，代码可以存储在可以由计算机读出的数据介质上，例如软盘、光盘(CD)或数字多功能光盘(DVD)等。在其它示范性实施方案中，计算机程序产品可以另外还包括存储在服务器或一组服务器的数据存储器上的代码。在另外的示范性实施方案中，介质还可以是用于通过将代码下载到计算机来从服务器传输代码的电载波信号。
最后，应指出，已经结合特定的示范性实施方案描述的特征和特性也可以与另一示范性实施方案组合，除非出于兼容性原因将其排除在外。
最后，应注意，在权利要求书和说明书中，除非上下文另有指示，否则单数包含复数。特别地，当使用不定冠词时，意指单数和复数两者。

Claims (19)

1.一种用于监测机床(1)的方法，其中借助于控制计算机(10)对工具(3)的运动进行数控，所述方法包括以下方法步骤：
-记录与工具(3)的运动有关的监测被测变量的参考测量曲线(38)，所述记录是在由参考目标值曲线(37)控制的工具(3)的参考运动期间执行的，
-在由加工目标值曲线(22)控制的工具(3)的加工运动期间，记录所述监测被测变量的加工测量曲线(32)，通过工具(3)使用所述加工运动来对工件(2)进行加工，
-基于参考目标值曲线(37)和加工目标值曲线(22)使参考测量曲线(38)和加工测量曲线(32)成为时间关系，以及
-形成参考测量曲线(38)和加工测量曲线(32)的差曲线(39)并且监测差曲线(39)以检查是否超出预定的极限值(40、41)。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，差曲线(39)被分成其中使用了工具(3)的不同功能区域的功能区段，并且其中，针对不同的功能区段建立不同的极限值(40、41)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其中，通过使分配的参考目标值曲线(37)和加工目标值曲线(22)经受调整而使参考测量曲线(38)和加工测量曲线(32)成为时间关系，在所述调整中，参考目标值曲线(37)与加工目标值曲线(22)之间的相对时间间隔被用作待确定的自由参数，并且使描述所述参考目标值曲线(37)与加工目标值曲线(22)之间的偏差的误差范数最小化。
4.根据权利要求3所述的方法，
其中，将参考目标值曲线(37)与加工目标值曲线(22)之间的平方偏差的和用作所述误差范数。
5.根据权利要求3或4所述的方法，
其中，在调整所述参考目标值曲线(37)和加工目标值曲线(22)之前，确定所述参考目标值曲线(37)和所述加工目标值曲线(22)的对应区段，并且在所述参考目标值曲线(37)中和分配的参考测量曲线(38)中移除位于所述区段之间的至少一个过渡区段(42)和/或在所述加工目标值曲线(22)中和分配的加工测量曲线(32)中移除至少一个过渡区段(42)。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的方法，
其中，所述参考运动是在不接触工件(2)的情况下执行的。
7.根据权利要求1至5中的一项所述的方法，
其中，所述参考运动是在接触工件但没有材料移除的情况下执行的。
8.根据权利要求1至5中的一项所述的方法，
其中，所述参考运动是在工件(2)上具有新工具(3)的情况下执行的。
9.根据权利要求1至8中的一项所述的方法，
其中，在已经执行了大量加工运动之后，重复所述参考运动。
10.根据权利要求1至9中的一项所述的方法，
其中，所述参考运动和所述加工运动包括工具(3)的旋转运动和/或平移运动。
11.根据权利要求1至10中的一项所述的方法，
其中，所述监测被测变量是转矩或平移力。
12.根据权利要求1至11中的一项所述的方法，
其中，加工目标值曲线(22)和参考目标值曲线(37)的目标值是沿着工具(3)的预定路径的工具(3)的位置，工具(3)在所述加工运动和所述参考运动期间沿着所述预定路径运动。
13.根据权利要求1至12中的一项所述的方法，
其中，由驱动电动机(9)产生的旋转运动通过机床(1)转换为工具(3)的平移运动，并且驱动电动机(9)的转矩用作监测被测变量，并且差曲线(39)用于监测沿着平移方向作用在工具(3)上的力。
14.根据权利要求1至13中的一项所述的方法，
其中，将差曲线(39)的值从转矩值转换成力值，并且使用所述力值执行监测。
15.根据权利要求1至14中的一项所述的方法，
其中，当超出了预设的极限值(40、41)时，触发用户能识别的警报和/或干预工具(3)的运动。
16.根据权利要求1至15中的一项所述的方法，
其中，工具(3)被设计成用于钻孔、螺纹切削、铣削、车削或磨削。
17.一种用于监测机床(1)的监测装置，借助于传感器(16)和控制计算机(10)对作用在工具(3)上的所述机床的驱动(9)进行数控，所述监测装置被布置成用于
-捕获监测被测变量，并且
-捕获已经由控制计算机(10)产生并用于控制工具(3)的运动的目标值，以及
-基于捕获到的监测被测变量和目标值执行根据权利要求1至16中的一项所述的方法。
18.一种具有用于对工件(2)进行加工的工具(3)的机床，借助于传感器(16)和控制计算机(10)对作用在工具(3)上的所述机床的驱动(9)进行数控，所述机床的控制计算机(10)被布置成用于
-捕获监测被测变量，并且
-捕获已经由控制计算机(10)产生并用于控制工具(3)的运动的目标值，以及用于
-基于捕获到的监测被测变量和目标值执行根据权利要求1至16中的一项所述的方法。
19.一种用于监测机床(1)的计算机程序产品，所述产品含有指令，当在计算机(19)上执行所述指令时，所述指令使计算机执行根据权利要求1至16中的一项所述的方法。
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