DD147919A1 - Einrichtung zum messen der schneidentemperaturen an fraeswerkzeugen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen der beim Bearbeitungsprozesz auftretenden Schneidentemperaturen an Fraeswerkzeugen fuer die Metallbearbeitung. Ziel der Erfindung ist es, eine Meszeinrichtung zum Messen der Schneidentemperaturen an Fraeswerkzeugen zu schaffen, die ueber das Temperaturverhalten einer Werkzeugschneide nach Spanungsvorgang und Schnittunterbrechung getrennte Meszergebnisse liefert. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu entwickeln, bei der eine getrennte thermo-elektrische Kontaktierung der Meszstellen waehrend des Schneideneingriffs und waehrend der Schnittunterbrechung erfolgt. Erfindungsgemaesz wird diese Aufgabe dadurch geloest, dasz am Werkzeuggrundkoerper ein in einem Isolator gefuehrter, durch eine Druckfeder an die die Werkzeugschneide tragende Schneidplatte angedrueckter Kontaktstift angeordnet ist, sowie ein mittels einer Blattfeder schwenkbar gelagerter thermo-elektrischer Temperaturmeszfuehler, der durch einen am Maschinengehaeuse an einem Haltering befestigten stirnkurvenfoermigen Steuerring unmittelbar nach Beendigung des Eingriffs der Werkzeugschneide zur Kontaktierung mit der zugehoerigen Freiflaeche entgegen der Federung einschwenkbar und kurz vor Beginn der naechsten Schnittphase der Werkzeugschneide in Abhaengigkeit vom stirnkurvenfoermigen Steuerring federnd ausschwenkbar ist.

Description

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Titel der Erfindung

Einrichtung zum Messen der Schneidentemperaturen an Fräswerkzeug en

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen der beim Bearbeitungsprozeß auftretenden Schneidentemperaturen an Präswerkzeugen für die Metallbearbeitung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Kenntnis der Schneidentemperatur an spanenden Werkzeugen, insbesondere an Präswerkzeugen die einer ständigen thermisch-mechanischen Wechselbeanspruchung ausgesetzt sind ist ein wichtiger Paktor für die optimale Gestaltung der Werkzeugschneide:, für die zweckmäßige Auswahl des Schneidwerkstoff es und für die Bestimmung ökonomischer Spanungsbedingungen· Im Zusammenhang mit der systematischen Untersuchung der Spanungsprozesse wurden mehrere Methoden zur Messung der Temperaturen an der Werkzeugschneide bzw. im Schneidkeil spanender werkzeuge entwickelt. Die für die nachstehend beschriebene Erfindung in Betracht kommenden Temperaturmeßverfahren beruhen auf dem Prinzip der Potentialdifferenz thermo-elektrischer Berührungsspannungen. Ein solches Verfahren zur Temperaturmessung wurde unter der Bezeichnung "Thermopaar- oder Einstahlverfahren" von Gottwein vorgeschlagen (Maschinenbau und Betrieb), Band S. 1129 - 1135). Bei diesem Verfahren bildet die Sohnitt-

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stelle, d.h. die Eingriffstelle der Werkzeugschneide am Werkstück als Berührungsstelle verschiedener Metalle ein Thermopaar, das wie die Heißlötstelle eines Thermoelementes wirkt. Durch den Spanungsvorgang wird diese Berührungsstelle erwärmt, wodurch zwischen der Berührungsstelle und einer mit dem Werkstück verbundenen Kaltlötstelle eine temperaturabhängige Potentialdifferenz entsteht, deren elektrischer Meßwert auf Temperaturwerte geeicht werden kann. Dieses Verfahren zur Messung der Schneidentemperatur unmittelbar an der Eingriffstelle zwischen Werkzeugschneide und Werkstück erbringt erfahrungsgemäß sehr zuverlässige Meßwerte, über die tatsächlich an der Werkzeugschneide auftretenden Temperaturen, Es is t allerdings erforderlich, die der Eichung der Meßanzeige.zugrunde gelegten Meßbedingungen, wie gleiche Werkstoffpaarung und gleichgroßen Spanquerschnitt beizubehalten. Da sich das Thermopaar nur während der Schnittphase bildet, ist das meßbare thermoelektrische Potential nur im Zeitabschnitt der Spanabnahme vorhanden. Bei der Untersuchung der beim Präsvorgang durch den intermittierend unterbrochenen Schneideneingriff thermisch mechanischen Wechselbeanspruchungen, sind auch die Temperaturverhältnisse von Bedeutung j die während der Eingriffspause an der Werkzeugschneide auftreten, um den Einfluß der abgegebenen Wärmemenge abschätzen zu können· Pur diese zusätzliche Temperaturmessung bietet sich die Verwendung von Thermoelementen an (DRP 359 477). Im Zuge der Weiterentwicklung der Anwendungsart dieses Meßmittels zur Messung der Schneidentemperatur wurde auch schon vorgeschlagen, die Schneidentemperatur indirekt; im Temperaturfeld auf der Uebenfreifläche eines Drehmeißels durch Abtasten dieser Pläche mit einem mit zwei Spitzen versehenen Thermoelement vorzunehmen (Maschinenbau und Betrieb, Band 15, S. 495)· Dieses Meßverfahren läßt sich jedoch nur an unmittelbar zugänglichen Plächen der Y/erkzeugschne.ide anwenden, was zu ungenauen Meßergebnissen führt, weil mit zunehmendem Abstand von dem im Eingriff stehenden schneidenteil das Temperatur-"meßfeld durch die leitfähigkeit des Schneidwerkstoffes und.

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durch die Bedingungen der Wärmeableitung beeinflußt ist. Die günstigste Stelle bei der thermo-elektrischen Temperaturabtastung ist die Hauptfreifläche im Bereich des zum Spanungseingriff kommenden Teiles der Werkzeugschneide. Eine thermo-elektrische Temperaturmessung in diesem Flächenbereich ist jedoch mit den bisher bekannten Meßeinrichtungen an Fräswerkzeugen nicht möglich, insbesondere dann nicht, -wenn getrennte Meßergebnisse für den Schneideneingriff und für die Eingriffsunterbrechung benötigt werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Meßeinrichtung zum Messen der Schneidentemperaturen an Fräswerkzeugen zu schaffen, die über das Temperaturverhalten einer Werkzeugschneide bei intermittierend unterbrochenem Schneideneingriff, nach Spanungsvorgang und Schnittunterbrechung, getrennte Meßergebnisse liefert, die als Faktoren für die Ermittlung ökonomisch optimaler Schnittbedingungen geeignet sind.

Darstellung des Wesens der Erfindung

Der .Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Messen der Schneidentemperaturen an Fräswerkzeugen zu entwickeln, bei der eine getrennte thermo-elektrische Kontaktierung der Meßstellen während des Schneideneingriffs und während der Schnittunterbrechung erfolgt, wobei eine Meßstelle während des Spanungsvorganges durch das Thermopaar Werkzeugschneide/Werkstück und die andere Meßstelle durch einen thermo-elektrischen Temperaturmeßfühler gebildet sein soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelbst, daß am Werkzeuggrundkörper ein in einem Isolator geführter, durch eine Druckfeder an die die Werkzeugschneide tragende Schneidplatte angedrückter Kontaktstift angeordnet ist, sowie ein mittels einer Blattfeder schwenkbar gelagerter thermo-

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elektrischer Temperaturmeßfühler, der durch einen am Maschinengehäuse an einem Haltering befestigten stirnkurvenförmigen Steuerring unmittelbar nach Beendigung des Eingriffs der Werkzeugschneide zur Kontaktierung mit der zugehörigen Freifläche entgegen der Federung einschwenkbar und kurz vor Beginn der nächsten Schnittphase der Werkzeugschneide in Abhängigkeit vom stirnkurvenförmigen Steuerring federnd ausschwenkbar ist.

Die Punktionsweise der entsprechend der vorstehend dargelegten Erfindung ausgebildeten Einrichtung zum Messen der Schneidentemperaturen geht davon aus, daß ein Spanungsvorgang in gleicher Weise wie bei dem in Betracht kommenden Präswerkzeug ausgeführt wird, für dessen optimale Gestaltung der Werkzeugschneide und Bestimmung der ökonomischen Schnittbedingüngen die Temperaturmeßergebnisse verwertet werden sollen. Es müssen folglich die am Präswerkzeug vorhandenen konstruktiv bedingten Merkmale berücksichtigt werden. Eine weitere Voraussetzung für die Ermittlung verwertbarer Meßergebnisse ist die zuverlässige Eichung des durch den Spanungsvorgang zwischen dem Schneidwerkstoff und dem Y/erkstück-Werkstoff zu bildenden Thermopaares. Diese Eichung kann beispielsweise mittels einer im Schnitt stillgesetzten Werkzeugschneide erfolgen, d.h. bei bereits gebildetem aber nocii nicht abgetrenntem Span. Durch stufenweise Erwärmung der. Werkzeug-Werkstückpaarung kann die Temperaturkennlinie für das bestimmte Thermopaar ermittelt werden. Es ist auch noch auf eine weitere Maßnahme aufmerksam zu machen, die vom praktischen Präswerkzeug abweicht. Sie besteht aus der erforderlichen elektrischen Isolation der Schneidplatte gegenüber dem Werkzeuggrundkörper.

Fach dem die erforderlichen meßtechnischen Voraussetzungen erfüllt sind, wird zunächst der Steuerring zusammen mit dem Haltering am Präsmaschinengehäuse und dann die Meßeinrich-

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tung mit dem Drehübertrager an der Fräsmaschinenspindel befestigt. Die Meßleitungen sind dann über Gleichstromspannungsverstärker mit einer entsprechenden Registriereinrichtung zu verbinden.

Zur Ausführung des Meßvorganges wird die !Fräsmaschinenspindel in Gang gesetzt und die Meßeinrichtung wie ein entsprechender Präswerkzeug mit vorgegebener Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit sowie eingestellter Schnittiefe über das Werkstück geführt. Bei dem ablaufenden Spanungsprozeß werden abwechselnd zwei getrennte thermo-elektrisohe Meßsignale erzeugt. Während der Spanabnahme entsteht das Meßsignal für den Schneideneingriff durch das Thermopaar Werkzeugsöhneide/Werkstück, wobei der Temperaturmeßfühler von der Freifläche weggeschwenkt ist. Sobald die Werkzeugschneide außer Eingriff kommt, wird von dem stirnkurvenförmigen Steuerring der Temperaturmeßfühler bis zur Berührung der Freifläche der Werkzeugschneide eingeschwenkt und liefert das Meßsignal für den Bereich der Schnittunterbrechung. Diese zwei Meßvorgänge wiederholen sich in der gleichen V/eise über den vorgesehenen Zeitraum der Messung. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, das Temperaturverhalten der Werkzeugschneide kontinuierlich während eines längeren Bearbeitungszeitraumes zu messen. Durch Variation der Spanungsbedingungen können aus den Ergebnissen dieser Temperaturmessung wichtige Schlußfolgerungen für die Optimierung der Spanungsprozesse gezogen werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Pig. 1: Die schematische Darstellung einer Einrichtung zum Messen der Schneidentemperaturen an Fräswerkzeugen in der Seitenansicht

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Pig.2: Die !Draufsicht auf den Steuerring tür den thermoelektrisohen Temperaturmeßfühler

Fig»3: Eine teilweise Seitenansicht des Steuerringes^ gemäß Pig. 2 im Schnitt D-D

Die in der Fig. 1 dargestellte Einrichtung zum Messen der Sohneidentemperaturen an Fräswerkzeugen ist so gestaltet,, daß die Temperaturverhältnisse beim Spanungsvorgang mit einem Stirnfräskopf untersucht werden können. Die Grundeleraente der Einrichtung entsprechen deshalb den Bauteilen eines Stirnfräskopfes. Aus diesem Grunde wurden auch die Bauteile, die in grundsätzlicher Hinsicht mit einem Stirnfräskopf übereinstimmen, durch Bezeichnungen benannt, wie sie bei Stirnfräsköpfen üblich sind. Die Einrichtung besteht demgemäß aus einem Werkzeuggrundkörper 1, der an einer Präsmaschinenspindel 2, wie ein Stirnfräskopf befestigt wird. Stirnseitig ist der Werkzeuggrundkörper 1 an seinem Umfang mit einer Schneidplatte 3 bestüokt, die mittels einer zeichnerisch nicht dargestellten Spannvorrichtung befestigt wird. Die Schneidplatte 3 ist gegenüber dem Werkzeuggrundkörper 1 elektrisch isoliert und bildet während der Spanabnahme an der Eingriffstelle A zwischen der Werkzeugschneide 4 und dem Werkstück 5, aufgrund der verschiedenen werkstoffe, aus denen die Schneidplatte 3 und das Werkstück 5 bestehen, ein Thermopaar in der Art einer heißen lötstelle eines Thermoelementes. Dieses Thermopaar ist über einen an der Schneidplatte 3 unter der Wirkung einer Druckfeder 6 angreifenden, durch einen Isolator 7 geführten Kontaktstift 8 mit einer kalten Lötstelle 9 verbunden. Zwischen dem Thermopaar werkzeugschneide 4/ Werkstück 5 und der kalten lötstelle 9 entsteht eine temperaturabhängige Poteltialdifferenz, die das Meßsignal E liefert, das durch eine Meßleitung 10 über einen Drehübertrager 11, einen Gleichspannungsverstärker 12 und einen

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Anpassungssteiler 13 einem Lichtstrahloszillographen 14 zur Registrierung, zugeführt wird. Der Thermostromkreis ist über eine Meßleitung 15 durch einen Kontakt 16 am Werkstück 5 geschlossen. Durch die auf Temperaturwerte zu eichende Anzeige im Lichtstrahloszillographen 14 werden entsprechend dem Meßsignal E die an der Werkzeugsohneide 4 während der Spanbildung auftretenden Schneidentemperaturen aufgezeichnet. Unmittelbar mit dem Austritt der Werkzeugschneide 4 aus dem Werkstück 5 erlischt das Meßsignal E, bzw. es wird bis .zum nächsten Eingriff der Werkzeug-schneide 4 unterbrochen.

Während der Zeit, in der sich die Werkzeugschneide 4 nicht mit dem Werkstück 5 in Eingriff befindet, wird die Schneidentemperatur an der zur werkzeugschneide 4 gehörenden Freifläche 17 gemessen. Zu diesem Zweck ist am Werkzeuggrundkörper 1 ein an einer Blattfeder 18 befestigter Temperaturmeßfühler 19 angeordnet, der entgegen der Feuerwirkung der Blattfeder 18 durch Einwirkung eines am Maschinengehäuse 20 mittels eines Halteringes 21 befestigten Steuerringes 22 zur Berührung mit der Freifläche 17 der Schneidplatte 3 an der Kontaktzone C eingeschwenkt wird. Diese Einschwenkbewegung wird unmittelbar nach Austritt der Werkzeugschneide 4 aus dem Werkstück 5 ausgeführt. Zur Ausführung dieser Steuerfunktion ist der Steuerring 22, wie aus Fig. 2 hervorgeht, als Stirnkurvensegment ausgebildet und mit einer Auflaufschräge 23, wie in Fig. 3 dargestellt, versehen sowie entsprechend der Breite b des Werkstückes 5 unter/dem etwas vergrößerten Eingriffswinkel der Schneidplatte 3 unter dem Öffnungswinkel Ψ sektorenförmig ausgenommen. Die Auflaufschräge 23 bewegt die Blattfeder 18 und damit den Temperaturmeßfühler 19 über die bis zur Anlage an die Kontaktzone vorhandene Wegdifferenz Λ s. Der Steuerring 22 ist geteilt ausgeführt, so daß der Öffnungswinkel τ an die Breite b des Werkstückes 5 angepaßt werden kann und die Lage der Auflaufschrägen 23 das Einschwenken des Temper a tür rneßfüh-

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lers 19-unmittelbar nach dem Austritt der werkzeugschneide 4 aus dem Werkstüok 5 gewährleistet. Die an der Kontaktzone C der Freifläche 17 angelegte Spitze des Temperaturineßfühlers 19 stellt die heiße Lötstelle des !Thermoelementes dar und die kalte Lötstelle 24 ergibt sich an der Verbindung zwischen der Ausgleiclileitung 25 mit der Meßleitung 26, die das durch die Potentialdifferenz: entstehende Meßsignal S über den. Drehübertrager. 11, einen Gleichspannungsverstärker-27 und einen Anpassungssteller 28 auf den Lichtstrahloszillographen 14 zur Aufzeichnung überträgt. Zur Verdeutlichung des Ablaufes der Schwenkbewegung des Temperaturmeßfühlers-19 ist dieser in ausgeschwenkter Lage während der Eingriffsdauer der Schneidplatte 3 im unteren Teil der Pig. 1 in unterbrocherier Strichführung dargestellt.

Die Messung der Schneidentemperaturen an der Werkzeugschneide 4 wird während eines dem Arbeitsablauf eines Stirnfräsers entsprechenden Spanungsvorganges vorgenommen. Demgemäß werden bei der Drehbewegung des Werkzeuggrundkörpers 1 abwechselnd Meßsignale E der Temperatur an der Werkzeugschneide 4 während der Spanbildung und'Meßsignale S der Temperatur an der Freifläche 17 der Werkzeugschneide 4 aufgezeichnet, die zur Ermittlung optimaler Spanungsbedingungen auswertbar sind.

Claims (1)

1. Erfindung sanspruch

   Einrichtung zum Messen der Schneidentemperaturen an präsvjerkzeugen, bei der die eine Meßstelle während des Spanungsvorganges durch das Thermopaar der Eingriffsstelle zwischen Werkzeugschneide und Werkstück und die andere Meßstelle während der Eingriffspause durch einen an einen an eine aktive Kontaktzone angreifenden thermo-elektrischen Temperaturmeßfühler gebildet sind und die Ableitung der an den Meßstellen entstehenden thermo-elektrischen Signale über getrennte Meßleitungen und einen Drehübertrager erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß am Y/erkzeuggrundkörper (1) ein in einem Isolator (7) geführter, durch eine Druckfeder (6) an die die Werkzeugschneide (4) tragende Schneidplatte (3) angedrückter Kontaktstift (8) angeordnet ist, sowie ein mittels einer Blattfeder (18) schwenkbar gelagerter thermo-elektrischer Temperaturmeßfühler (19), der durch einen am Maschinengehäuse· (20) an einem Haltering (21) befestigten stirnkurvenförmigen Steuerring (22) unmittelbar nach Beendigung des Eingriffs der Werkzeugschneide (4) zur Kontaktierung mit der zugehörigen Freifläche (17) entgegen der Federung einschwenkbar und kurz vor Beginn der nächsten Schnittphase der Werkzeugschneide (4) in Abhängigkeit vom stirnkurvenförmigen Steuerring (22) federnd ausschwenkbar ist·

   Hierzü...2 Seilen Zeichnungen