DD202827A1

DD202827A1 - Verfahren und einrichtung zur ueberwachung spanender werkzeuge

Info

Publication number: DD202827A1
Application number: DD23648681A
Authority: DD
Inventors: Peter Menz
Original assignee: Univ Magdeburg Tech
Priority date: 1981-12-31
Filing date: 1981-12-31
Publication date: 1983-10-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ueberwachung spanender Werkzeuge waehrend des Eingriffs durch Temperaturmessung, insbesondere von Werkzeugen mit Hartmetallbestueckung, beispielsweise Wendeschneidplatten, wobei die Meszgroeszen bzw. aus ihnen gewonnene Werte den Zustand der Schneide des Werkzeuges charakterisieren und in Steuereinheiten ausgewertet werden. Ziel sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ueberwachung spanender Werkzeuge, die bei verringertem Meszaufwand einen breiten Anwendungsbereich aufweisen. Hierzu sollen ein Verfahren und eine Einrichtung entwickelt werden, die auf einfache Art und Weise eine Bestimmung des Zustandes der Schneide spanender Werkzeuge und daraus resultierende zuverlaessige Steuerung von Werkzeugmaschinen insbesondere waehrend ihres Einsatzes unter Produktionsbedingungen ermoeglichen. Erfindungsgemaesz wird die Temperatur an mindestens zwei Stellen kontinuierlich oder in definierten Abstaenden gemessen. Die Meszstellen befinden sich dabei auf einem Temperaturgradienten des sich im Werkzeug ausbildenden Temperaturfeldes. Die Veraenderung oder auch zeitabhaengige Veraenderung der Temperatur wird in der Steuereinheit ausgewertet.

Description

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Titel der Erfindung

Verfahren ,und Einrichtung zur üuerwachung spanender Werkzeuge

Anwendungsgebiet dor ßrtiiidung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung spanender Werkzeuge während des Eingriffs durch Temperaturmessung, insbesondere von Werkzeugen mit Hartmetallbestückung, beispielsweise Wendeschneidplatten, wobei die Meßgrößen bzw· aus ihnen gewonnene Werte den Zustand der Schneide des Werkzeugs charakterisieren und in Steuereinheiten ausgewertet v/erden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind bereits Verfahren und Einrichtungen zur Überwachung spanender Werkzeuge bekannt, bei denen die Temperatur an der Freifläche des Werkzeugs gemessen wird. Zu diesem Zweck befindet sich auf der Freifläche ein Verschleißsensor, wobei zwischen dem Werkzeug und der leitfähigen Meßschicht des Verschleißsensors eine Isolierschicht angeordnet ist. Ein Meßinstrument mJä; den Strom, der durch den temperaturabhängigen Widerstand der Isolierschicht und der Spannung zwischen dem Werkzeug und der leitfähigen Meßschicht hervorgerufen wird. Mit der Änderung des Temperaturfeldes ändert sich der Strom. Da die Temperatur im Schneidenbereich vom Verschleiß der Schneide des Werkzeugs abhängig ist, ist auch

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der gemessene Strom ein Maß für den Verschleiß (DD-PS 124 1H). Eine scüagartige Änderung des Stromes ist ein Zeichen für Schneiden-bruch (DD-PS 124 162). (Dhermospannungimtesungen an Schneidwerkzeugen mit Wendeschneidplatten wurden gemäß DD-PS 89 320 durchgeführt. Dazu wurden abwechselnd Schichten aus elektrisch nicht leitendem und leitendem Werkstoff aufgetragen. Zwischen den elektrisch leitfähigen Werkstoffen wird beim Zerspanen an der Kontaktfläche eine thermo-elektrische Spannung gemessen.

Die Nachteile der genannten Verfahren bestehen in dem hohen Meßaufwand und ihrem begrenzten Anwendungsbereich· Diese Meßverfahren liefern als Meßergebnis absolute Temperaturen, die sich jedoch erst nach relativ langer Zeit im Werkzeug einstellen. Der hohe Meßaufwand ergibt sich durch die Notwendigkeit, Jedes Werkzeug entsprechend zu präparieren. Eine Zerstörung der Werkzeugschneide bedeutet auch gleichzeitig eine Zerstörung der Meßwertgeber. Dadurch ist die Anwendung dieser Verfahren zur Überwachung der Werkzeuge, insbesondere unter Produktionsbedingungen nur sehr begrenzt möglich·

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung spanender Werkzeuge zu schaffen, die bei verringertem Meßaufwand einen breiten Anwendungsbereich aufweisen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu entwickeln, die auf einfache Art und V/eise eine Bestimmung des Zustandes der Sohneide spanender Werkzeuge und daraus resultierende zuverlässige Steuerung von Werkzeugmaschinen, insbesondere während ihres Einsatzes unter

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Brfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Temperatur an mindestens zwei Stellen kontinuierlich oder in definierten Abständen gemessen wird. Die Meßstellen befinden sich dabei auf einem Temperaturgradienten des sich im V/erkzeug ausbildenden Temperaturfeldes. Die Veränderung oder auch zeitabhängige Veränderung der Temperatur wird in der Steuereinheit ausgewertet.

Es ist beispielsweise möglich, daß die Veränderung der Temperatur in Form der Differenz der Meßgrößen dargestellt wird.

Ebenso ist es auch möglich, daß die zeitabhängige Veränderung der Temperatur in Form der Änderungsgeschwindigkeit der Meßgrößen dargestellt wird.

Schließlich ist es auch möglich, daß die zeitabhängige Veränderung der Temperatur in Form der Änderungsgeschwindigkeit der Differenz der Meßgrößen dargestellt wird.

Eine vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß die beiden Stellen, an denen die Temperatur gemessen wird, in an die Werkzeugschneide grenzenden Bereichen bzw. im Werkzeugschaft angeordnet sind. Eine Meßstelle kann sich dabei in unmittelbarer Nähe der Schneide des Werkzeugs befinden bzw. unmittelbar an die Hartmetallbestückung angrenzen.

Die erfindungsgemäße Lösung untersucht nicht, wie die bekannten Verfahren, eine absolute Temperatur im Schneidenbereich des Werkzeugs sondern den von der Schneide, der Spanfläche der Nebenfreifläche und der Freifläche abfließenden Wärme st rom.

Dieser Wärmestrom führt zur Änderung der Temperatur an den Meßstellen und ist bei konstanter Energieumsetzung im Schneidenbereich konstant. Bei Anordnung zweier Temperaturmeßstellen in Richtung des Temperaturgradienten ist der Yi/ärmestrom proportional der Differenz der an diesen Stellen

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gemessenen Temperatur. Der Energieumsatz im Schneidenbereich, steht in direktem Zusammenhang mit dem Schneidenzustand, der wiederum durch Freiflächenverschleiß, Kolkverschleiß, Sehneidkantenversatζ bzw. Schneidkantenbruch best imnit ist. Dadurch ist es möglich, durch Bewertung des Temperaturanstieges bzw. -abfalls, der Temperaturdifferenz, der zeitlichen Änderung der gemessenen Temperaturwerte sowie der zeitlichen Änderung der Temperaturdifferenz, den Verschleißzustand spanender Werkzeuge zu beurteilen· Vorteilhaft ist dabei, daß mehrere verschleißabhängige Größen gewonnen werden, so daß beispielsweise durch deren Vergleich oder auch andere Hechenoperationen eine genauere Beurteilung des Verschleißes und somit eine Erhöhung der Zuverlässigkeit des Steuerprozesses der Werkzeugmaschine möglich ist. Dem Bediener bleibt es überlassen, eine ganz bestimmte Größe der gewonnenen Y/erte zur Steuerung der Werk zeugmas chine auszunutzen. Das wird dann der Pail sein, wenn charakteristische Verschleißerscheinungen, die nur durch diese eine Größe erfaßt werden können, zu ermitteln sind. Beispielsweise ist eine schnelle Änderung der Meßwerte, wie ein großer negativer Anstieg der Temperatur, sehr kleine Temperaturdifferenzen bzw. Temperaturdifferenz gleich Mull ein Zeichen für Schneidenbruch·

Da die Wärmestrommessung im Werkzeugschaft möglich ist, vereinfacht sich die Präparierung des Werkzeugs mit den Meßfühlern erheblich. Außerdem werden die Meßfühler durch den Verschleiß der Schneide, insbesondere bei Schneidenbruch, nicht mit beeinträchtigt, so daß das Werkzeug nach dem Ersatz der Schneide ohne Wechsel der Meßfühler weiter verwendet werden kann. Damit eignet sich dieses Verfahren auch sehr gut für die Überwachung von Werkzeugmaschinen, die im bedienerarmen Betrieb eingesetzt werden·

Durch die Vielfalt der Auswertemöglichkeiten der Meßwerte ist dieses Verfahren besonders für eine rechnergesteuerte spanende Bearbeitung geeignet.

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Ausführungsbeispiel ,

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden· Die zugehörige Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild der Temperaturerfassung und -verarbeitung zur überwachung des Verschleißes an der Schneide eines Drehwerkzeuges. In einem Block 1 ist die Informationserfassung dargestellt. Das Drehwerkzeug besteht aus einem Schaft 2, auf dem eine Wendeschneidplatte 3 befestigt ist· In dem Schaft 2 sind im Bereich des Temperaturfeldes der Werkzeugschneide, dargestellt durch Isothermen 4, zwei Thermoelemente 5; 6 angebracht, wobei das eine Thermoelement 5 sich in unmittelbarer Nähe der Wendeschneidplatte befindet. Das andere Thermoelement 6 weist in Richtung des Temperaturgradienten einen größeren Abstand zur Wendeschneidplatte 3 auf. Dadurch ist es möglieh, gleichzeitig zwei Temperaturwerte zu messen und diese in gewünschter Weise auszuwerten. Im vorliegenden Beispiel werden die gemessenen Thermospannungen in einem Operationsverstärker 7 für die weitere Informationsverarbeitung, die von einem Block 8 dargestellt wird, aufbereitet. Der Block 8 besteht aus einem Meßgerät 9 und einem Schwellwertschalter 10. In einem Block 11, der im vorliegenden Beispiel aus einer optischen Signalanlage 12 besteht, erfolgt entsprechend des Zustandes der Schneide eine optische Signalisierung an den Bediener der Werkzeugmaschine.

Die Informationsverarbeitung kann beispielsweise wie folgt ablaufen:

Durch die Anordnung der beiden Thermoelemente 5» 6 im Schaft 2 des Drehwerkzeuges werden zwei unterschiedlich große Thermospannungen gemessen, deren Differenz im Operationsverstärker 7 gebildet wird. Diese Temperaturdifferenz ist dem Wärmestrom proportional, der über das die Wendeschneidplatte 2 umgebende Temperaturfeld abfließt. Bei der Bearbeitung eines ersten Werkstückes mit unverschlissener Schneide liest der Bediener am Meßgerät 9 einen diesem Wärmestrom entsprechenden Wert abound stellt einen, dem zu-

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lässigen Verschleißwert entsprechenden Schwellwert am Schwellwertschalter 10 ein. Mt zunehmendem Verschleiß der Schneide dta Drehwerkzeuges bei fortlaufender Bearbeitung nähert sieh der aktuelle Wert am Ausgang des Operationsverstärkers 7 dem eingestellten Schwellwert und erreicht diesen schließlich· Dann gibt der Schwellwertschalter 10 ein Signal an die optische Signalanlage 12, die dem Bediener den Verschleiß der Schneide des Drehwerkzeuges anzeigt. Die erforderlichen Maßnahmen, beispielsweise das Wenden der Wendeschneidplatte 3, werden eingeleitet· Anstelle des im vorliegenden Beispiel angeordneten Block« 8 kann die Irifomititionsverarbeitung auch in einer Rechnersteuerung einer Werkzeugmaschine durchgeführt werden.

Claims

236486 4 7 Erfindungsanspruch

1· Verfahren zur Überwachung spanender Werkzeuge während des Eingriffs durch Temperaturmessung, insbesondere von Werkzeugen mit Hartmetallbestückung, beispielsweise Wendeschneidplatten, wobei die Meßgrößen bzw. aus ihrran gewonnene Werte den Zustand der Schneide des Werkzeuges charakterisieren und in Steuereinheiten ausgewertet werden, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperatur an mindestens zwei Stellen, die auf einem Temperaturgradienten des sich im Werkzeug ausbildenden Temperaturfeldes liegen, kontinuierlich oder in definierten Abständen gemessen und deren Veränderung oder zeitabhängige Veränderung in der Steuereinheit ausgewertet wird«.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Veränderung in Form der Differenz der Meßgrößen dargestellt wird·

3· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die zeitabhängige Veränderung in Form der Änderungsgeschwindigkeit der Meßgrößen dargestellt wird.

4. Verfahren nach Prunkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die zeitabhängige Veränderung in Form der Änderungsgeschwindigkeit der Differenz der Meßgrößen dargestellt wird·

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden Stellen, an denen die Temperatur gemessen wird, in an die Werkzeugschneide grenzenden Bereichen bzw. im Werkzeugschaft angeordnet sind, wobei sich eine Meßstelle in unmittelbarer Nähe der Schneide des Werkzeuges befindet bzw· unmittelbar an die Hartmetallbestückung angrenzt.

Hierzu 1 Seite Zeichnung